KR20090052815A - Semiconductor memory device - Google Patents

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KR20090052815A
KR20090052815A KR1020080115575A KR20080115575A KR20090052815A KR 20090052815 A KR20090052815 A KR 20090052815A KR 1020080115575 A KR1020080115575 A KR 1020080115575A KR 20080115575 A KR20080115575 A KR 20080115575A KR 20090052815 A KR20090052815 A KR 20090052815A
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요시히사 이와따
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Abstract

반도체 메모리 장치(10)는 "0" 데이터/"1" 데이터에 따라 로우-저항 상태/하이-저항 상태로 설정되는 복수의 메모리 셀을 구비한 메모리 셀 어레이(11)를 포함한다. "0" 데이터/"1" 데이터 및 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당은 전원이 켜질 때 스위칭한다.

Figure P1020080115575

로우-저항 상태, 하이-저항 상태, 메모리 셀, 메모리 셀 어레이, 스위칭

The semiconductor memory device 10 includes a memory cell array 11 having a plurality of memory cells set in a low-resistance state / high-resistance state according to "0" data / "1" data. The assignment of “0” data / “1” data and low-resistance state / high-resistance state switches when the power is turned on.

Figure P1020080115575

Low-Resistance State, High-Resistance State, Memory Cells, Memory Cell Arrays, Switching

Description

반도체 메모리 장치{SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE}Semiconductor Memory Device {SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE}

본 발명은 반도체 메모리 장치 및 그 테스트 방법에 관한 것으로서, 예를 들어 전류를 양쪽 방향으로 흐르게 함으로써 정보를 기록할 수 있는 자기저항 소자를 사용하는 반도체 메모리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a test method thereof, and for example, to a semiconductor memory device using a magnetoresistive element capable of recording information by allowing a current to flow in both directions.

최근, 새로운 원리에 기초하여 정보를 기록하는 다양한 타입의 메모리가 제안되어 있고, 그러한 메모리 중 하나로서 터널링 자기저항(TMR) 효과를 이용하는 MRAM(magnetic random access memory)이 알려져 있다.Recently, various types of memories for recording information on the basis of new principles have been proposed, and as one of such memories, magnetic random access memory (MRAM) using a tunneling magnetoresistive (TMR) effect is known.

MRAM은 자기 터널 접합(MTJ: magnetic tunnel junction) 소자를 통해 "1" 및 "0" 정보를 저장한다. MTJ 소자는 두 자기층(자유층 및 핀층) 사이에 비-자기층(터널 장벽층)을 배치함으로써 형성한 구조를 갖는다. MTJ 소자에 저장되는 정보는 두 자기층의 스핀 방향이 평행인지 또는 역-평행(anti-parallel)인지 여부에 따라 결정된다.The MRAM stores "1" and "0" information through a magnetic tunnel junction (MTJ) device. The MTJ element has a structure formed by disposing a non-magnetic layer (tunnel barrier layer) between two magnetic layers (free layer and fin layer). The information stored in the MTJ element is determined by whether the spin directions of the two magnetic layers are parallel or anti-parallel.

스핀 전달 토크 기록 타입 MRAM에서는 MTJ 소자의 막 표면에 수직인 방향으로 흐르는 전류가 그 전류의 흐름 방향에 따라 자유층에 스핀을 전달함으로써 자화의 반전이 발생한다. MTJ 소자가 수직 자화 타입인 경우, 막 표면에 수직인 방향 으로 단축 이방성을 제공하는 것은 충분하고, 면내(in-plane) 자화 타입의 경우와는 다르게 면 방향으로 자기 형상 이방성을 제공하는 것은 불필요하다. 그러므로 MTJ 소자의 종횡비(aspect ratio)를 대략 1로 설정할 수 있게 되고, MTJ 소자의 크기를 대체로 처리 한계(processing limitation)까지 줄일 수 있게 된다. 또한, 면내 자화 타입과는 다르게 두 축에 대한 방향으로 전류 유도 자기장을 생성하는 전류 유도 자기장 배선을 제공하는 것은 불필요하게 된다. 그 동작은 MTJ 소자의 상부 및 하부 전극에 연결된 두 단자가 존재하면 수행할 수 있으므로, 각 비트를 위한 셀 영역은 감소할 수 있다.In the spin transfer torque recording type MRAM, inversion of magnetization occurs because a current flowing in a direction perpendicular to the film surface of the MTJ element transfers a spin to the free layer along the flow direction of the current. When the MTJ element is of the vertical magnetization type, it is sufficient to provide uniaxial anisotropy in the direction perpendicular to the film surface, and it is unnecessary to provide magnetic shape anisotropy in the plane direction unlike the in-plane magnetization type. . Therefore, it is possible to set an aspect ratio of the MTJ element to approximately 1, and to reduce the size of the MTJ element to processing limitations. In addition, unlike the in-plane magnetization type, it is not necessary to provide a current induction magnetic field wiring that generates a current induction magnetic field in directions about two axes. The operation can be performed if there are two terminals connected to the upper and lower electrodes of the MTJ element, so that the cell area for each bit can be reduced.

최근, MTJ 소자의 터널 장벽층인 (001) 면으로 배향된 폴리실리콘 산화 마그네슘(MgO)의 막이 (001) 면으로 배향된 폴리실리콘 CoFeB의 막들 사이에 배치되어 MgO가 스핀 필터의 역할을 한다. 자유층의 자화는 핀층으로부터 자유층으로 전자를 주입함으로써 역-평행으로부터 평행으로 반전될 수 있고, 자유층의 자화는 자유층으로부터 핀층으로 전자를 주입함으로써 평행으로부터 역-평행으로 반전될 수 있고, 어떤 산화 마그네슘(MgO)이 높은 TMR의 스핀 전달 토크 기록 타입 MRAM을 실현하는 바람직한 재료로서 사용되는지를 확인하게 된다.Recently, a film of polysilicon magnesium oxide (MgO) oriented to the (001) plane, which is the tunnel barrier layer of the MTJ element, is disposed between the films of polysilicon CoFeB oriented to the (001) plane so that MgO serves as a spin filter. The magnetization of the free layer can be reversed in parallel from anti-parallel by injecting electrons from the pinned layer to the free layer, and the magnetization of the free layer can be reversed from parallel to anti-parallel by injecting electrons from the free layer into the pinned layer, It will be identified which magnesium oxide (MgO) is used as a preferred material for realizing a high TMR spin transfer torque recording type MRAM.

기록 전류를 줄이기 위하여, 자유층의 볼륨, 포화 자화(Ms), 감쇠 정수(damping constant) 등을 줄일 필요가 있다. 그러나 자유층의 볼륨을 줄이는 막 두께의 감소에 대한 물리적 한계가 있고, 면 방향에서의 영역 감소에 대한 처리 한계가 있고, 감쇠 정수가 과도하게 감소하는 경우에는 열 안정성이 낮아진다. 그러므로 전체적인 균형을 얻고, 기록 전류를 줄이기 위하여 파라미터를 조절할 필요가 있지만, 상기 요소를 줄이는 것은 쉽지 않다. 기록 전류를 충분히 줄일 수 없는 경우, 회로의 전원 전압은 정상적으로 결정되므로 MgO 장벽의 막 두께를 줄여 그 저항을 낮춤으로써 원하는 기록 전류를 설정하는 것이 필요하다. 그러므로 MTJ 소자의 구성요소인 MgO 장벽은 충분히 얇아야 하고, 동작 동안에는 고전압 스트레스를 인가해야 한다.In order to reduce the write current, it is necessary to reduce the volume, the saturation magnetization (Ms), the damping constant, and the like of the free layer. However, there is a physical limit to the reduction of the film thickness to reduce the volume of the free layer, a treatment limit to the reduction of the area in the plane direction, and thermal stability becomes low when the damping constant is excessively reduced. Therefore, it is necessary to adjust the parameters in order to obtain the overall balance and reduce the write current, but it is not easy to reduce the factor. If the write current cannot be sufficiently reduced, the power supply voltage of the circuit is normally determined, so it is necessary to set the desired write current by reducing the film thickness of the MgO barrier and lowering its resistance. Therefore, the MgO barrier, which is a component of the MTJ device, must be thin enough and apply high voltage stress during operation.

MgO를 사용하는 MTJ 적층막의 경우, 박막으로 형성하더라도 자기저항비(MR비)가 100%를 초과하므로 "1" 상태의 저항은 "0" 상태의 저항과 거의 동일하거나 두 배인 값으로 설정한다. 그러므로 막에 인가되는 전체 스트레스는, MTJ 소자가 "0" 상태로 설정되고 "0"의 기록 전류가 계속해서 흐르는 경우와, MTJ 소자가 "1" 상태로 설정되고 "1"의 기록 전류가 계속해서 흐르는 경우에는 상당히 다르다고 추정된다. 따라서, 인가되는 스트레스가 상당히 다른 경우, MTJ 소자의 서비스 수명은 달라진다.In the case of the MTJ laminated film using MgO, even when formed into a thin film, the magnetoresistance ratio (MR ratio) exceeds 100%, so the resistance in the "1" state is set to a value almost equal to or twice the resistance in the "0" state. Therefore, the total stress applied to the film is the case where the MTJ element is set to the "0" state and the write current of "0" continues to flow, and the MTJ element is set to the "1" state and the write current of "1" continues. If it flows through, it is estimated to be quite different. Thus, if the stress applied is significantly different, the service life of the MTJ element is different.

예를 들어, MRAM을 영상 메모리로서 드라이브 리코더에 사용할 때, 애플리케이션 환경의 조건 또는 영상 정보용 디코더의 구성에 따라 "0" 정보가 집중적으로 이용되어 MTJ 소자에 기록되는 경우 또는 "1" 정보가 "0" 정보보다 더욱 집중적으로 기록되는 경우가 발생한다고 추정된다. 그러므로 MTJ 소자의 서비스 수명은 애플리케이션 환경에 따라 달라지므로, 장치는 그 장치의 사양으로서 최악의 환경을 극복하도록 설계해야 한다. 그러므로 그에 따른 장치 사양을 엄격하게 설정해야하는 문제가 발생한다.For example, when MRAM is used for a drive recorder as image memory, when "0" information is intensively used and recorded in the MTJ element depending on the conditions of the application environment or the configuration of the decoder for image information, or "1" information is " It is estimated that the case where recording is more concentrated than the 0 "information occurs. Therefore, the service life of an MTJ device depends on the application environment, so the device must be designed to overcome the worst case environment as the device's specification. Therefore, a problem arises in that the device specifications must be strictly set accordingly.

상술한 기법과 관련된 기법으로서, 다음의 특허문헌인 일본특허출원 공개번 호 2002-343078이 제공되어 있다.As a technique related to the above technique, Japanese Patent Application Laid-open No. 2002-343078, which is the following patent document, is provided.

본 발명의 한 양상에 따르면, "0" 데이터/"1" 데이터에 따라 로우-저항 상태/하이-저항 상태로 설정되는 복수의 메모리 셀을 구비한 메모리 셀 어레이를 포함하고, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당은 전원이 켜질 때 스위칭하는 반도체 메모리 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a memory cell array having a plurality of memory cells set to a low-resistance state / high-resistance state according to "0" data / "1" data, wherein said "0" data The assignment of the " 1 " data and the low-resistance state / high-resistance state provides a semiconductor memory device that switches when the power is turned on.

본 발명의 다른 양상에 따르면, "0" 데이터/"1" 데이터에 따라 로우-저항 상태/하이-저항 상태로 설정되는 복수의 메모리 셀을 구비한 메모리 셀 어레이와, 각 사전설정된 시각에 펄스를 생성하는 타이머 회로를 포함하고, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당은 상기 펄스가 생성될 때마다 스위칭하는 반도체 메모리 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a memory cell array having a plurality of memory cells set to a low-resistance state / high-resistance state according to " 0 " data / " 1 " data, and a pulse at each predetermined time. And a timer circuit for generating, wherein the assignment of the " 0 " data / " 1 " data and the low-resistance state / high-resistance state provides a semiconductor memory device that switches each time the pulse is generated.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 복수의 메모리 셀 스트링 - 상기 메모리 셀 스트링 각각은 "0" 데이터/"1" 데이터에 따라 로우-저항 상태/하이-저항 상태로 설정되는 복수의 메모리 셀을 포함함 - 을 구비한 메모리 셀 어레이와, 상기 메모리 셀 스트링을 위하여 각각 제공하고, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당 정보를 저장하도록 구성한 복수의 플래그 셀을 포함하고, 상기 할당 정보에 기초하여 데이터 기록 및 데이터 판독 동작을 수행하는 반도체 메모리 장치를 제공한다.According to another aspect of the invention, a plurality of memory cell strings, each of the memory cell strings comprising a plurality of memory cells set to a low-resistance state / high-resistance state according to "0" data / "1" data And a plurality of memory cell arrays each provided for the memory cell string and configured to store allocation information of the "0" data / "1" data and the low-resistance state / high-resistance state. A semiconductor memory device including a flag cell and performing data write and data read operations based on the allocation information.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 저장 데이터에 따라 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태로 선택적으로 설정되는 복수의 메모리 셀 및 각각 상기 메모리 셀 과 동일한 구성을 갖는 복수의 측정 셀을 구비한 메모리 셀 어레이를 포함하고, 상기 측정 셀 각각은 외부로부터 액세스하고, 측정 셀 각각의 특성을 상기 외부에 출력하는 반도체 메모리 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, a memory cell having a plurality of memory cells selectively set to a low-resistance state and a high-resistance state according to stored data and a plurality of measurement cells each having the same configuration as the memory cell A semiconductor memory device including an array, each of the measurement cells accessed from the outside, and outputting characteristics of each of the measurement cells to the outside.

이제, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 기술한다. 다음의 설명에서 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성요소는 동일한 심벌로 표기하고, 필요한 경우에만 설명한다.Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, components having the same functions and configurations are denoted by the same symbols and described only when necessary.

[제1 실시예][First Embodiment]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다. 반도체 메모리 장치(10)는 메모리 셀 어레이(11), 어드레스 버퍼(12), 입/출력 버퍼(13), 로우 디코더(14), 컬럼 디코더(15), 기록 회로(16 및 17), 판독 회로(18), 컬럼 선택 회로(19 및 20), 설정 회로(21) 및 제어 회로(22)를 포함한다.1 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor memory device 10 according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor memory device 10 includes a memory cell array 11, an address buffer 12, an input / output buffer 13, a row decoder 14, a column decoder 15, a write circuit 16 and 17, a read circuit. 18, column selection circuits 19 and 20, setting circuit 21, and control circuit 22.

메모리 셀 어레이(11)는 매트릭스 형대로 배치된 복수의 메모리 셀(MC)을 포함한다. 본 실시예에서는 예를 들어 자기저항 소자를 메모리 셀(MC)에 포함된 메모리 소자(30)로서 사용하는 경우를 설명한다. 도 2는 메모리 셀 어레이(11)의 구성을 도시하는 회로도이다.The memory cell array 11 includes a plurality of memory cells MC arranged in a matrix form. In this embodiment, a case where the magnetoresistive element is used as the memory element 30 included in the memory cell MC is described, for example. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the memory cell array 11.

메모리 셀 어레이(11)에는 컬럼 방향으로 연장하는 n 비트선 BL1 내지 BLn이 배치된다. 또한, 메모리 셀 어레이(11)에는 컬럼 방향으로 연장하는 n 비트선 /BL1 내지 /BLn이 배치된다. 게다가, 메모리 셀 어레이(11)에는 로우 방향으로 연 장하는 m 워드선 WL1 내지 WLm이 배치된다. 이 경우, n 및 m은 1과 같거나 1보다 큰 자연수이다.The n bit lines BL1 to BLn extending in the column direction are arranged in the memory cell array 11. In the memory cell array 11, n bit lines / BL1 to / BLn extending in the column direction are arranged. In addition, m word lines WL1 to WLm extending in the row direction are arranged in the memory cell array 11. In this case, n and m are natural numbers equal to or greater than one.

메모리 셀(MC)은 비트선 쌍 BL, /BL과 워드선 WL 사이의 교차 영역에 배치된다. 각 메모리 셀(MC)은 메모리 소자로서 사용하는 자기저항 소자(30) 및 선택 트랜지스터(31)를 포함한다. 예를 들어 선택 트랜지스터(31)는 N-채널 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)로 구성한다.The memory cell MC is disposed in the intersection region between the bit line pairs BL, / BL and the word line WL. Each memory cell MC includes a magnetoresistive element 30 and a selection transistor 31 used as a memory element. For example, the selection transistor 31 is configured of an N-channel MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).

도 3은 자기저항 소자(30)의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시한 화살표는 자화의 방향을 나타낸다. 자기저항 소자(30)는 하부 전극(32), 고정층(또는 핀층)(33), 비-자기층(34), 기록층(또는 자유층)(35) 및 상부 전극(36)을 순차적으로 적층함으로써 얻은 적층 구조를 갖는다. 고정층(33)과 기록층(35)의 적층 순서는 반대로 할 수도 있다.3 is a sectional view showing the structure of the magnetoresistive element 30. Arrows shown in FIG. 3 indicate the direction of magnetization. The magnetoresistive element 30 sequentially stacks a lower electrode 32, a pinned layer (or fin layer) 33, a non-magnetic layer 34, a recording layer (or free layer) 35, and an upper electrode 36. It has a laminated structure obtained by. The stacking order of the pinned layer 33 and the recording layer 35 may be reversed.

고정층(33)의 자화(또는 스핀) 방향은 불변(고정)이다. 기록층(35)의 자화 방향은 가변(반전될 수 있음)이다. 고정층(33) 및 기록층(35)의 완만한 자화 방향은 막 표면에 수직으로 설정할 수도 있고(수직 자화 타입), 또는 막 표면에 평행으로 설정할 수도 있다(면내 자화 타입). 자기저항 소자를 수직 자화 타입으로 형성하는 경우, 막 표면에 수직인 방향으로 단축 이방성을 제공할 수도 있고, 면내 자화 타입과는 다르게 자기 형상 이방성(magnetic shape anisotropy)을 면 방향으로 제공할 필요가 없다. 따라서, 자기저항 소자의 종횡비를 1로 설정할 수 있고, 자기저항 소자의 크기를 원칙적으로 처리 한계까지 줄일 수 있으므로, 소형화 및 기록 전류의 감소라는 관점에서는 수직 자화 타입을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.The magnetization (or spin) direction of the pinned layer 33 is invariant (fixed). The magnetization direction of the recording layer 35 is variable (can be reversed). The gentle magnetization directions of the pinned layer 33 and the recording layer 35 may be set perpendicular to the film surface (vertical magnetization type) or parallel to the film surface (in-plane magnetization type). When the magnetoresistive element is formed in the vertical magnetization type, it may provide uniaxial anisotropy in a direction perpendicular to the film surface, and unlike the in-plane magnetization type, it is not necessary to provide magnetic shape anisotropy in the plane direction. . Therefore, since the aspect ratio of the magnetoresistive element can be set to 1 and the size of the magnetoresistive element can be reduced to the processing limit in principle, it is more preferable to use the vertical magnetization type in view of miniaturization and reduction of the write current.

기록층(35) 및 고정층(33)으로서 강자성체 재료를 사용한다. 비-자기층(34)으로서 금속, 절연체 또는 반도체를 사용한다.Ferromagnetic materials are used as the recording layer 35 and the pinned layer 33. As the non-magnetic layer 34, a metal, an insulator or a semiconductor is used.

고정층(33)의 자화 방향을 고정하기 위한 방법으로서, 예를 들어 보자력 차분 구조(coercive force differential structure)를 이용할 수 있다. 즉, 고정층(33)의 보자력을 기록층(35)의 보자력보다 충분히 세게 설정함으로써, 고정층(33)의 자화 방향은 고정되고, 기록층(35)의 자화 방향은 가변인 자기저항 소자(30)를 구성할 수 있다. 대안으로, 고정층(33)에 인접한 위치에 반강자성체층(antiferromagnetic layer)을 부가할 수 있다. 이 경우, 고정층(33)의 자화 방향은 고정층(33)과 반강자성체층 간의 교환 결합(exchange coupling)으로 인해 한 방향으로 고정된다. 동시에, 높은 자기 이방성 에너지가 고정층(33)에 부여되고, 고정층(33)으로서의 기능은 고정층(33)과 반강자성체층 간의 교환 결합으로 인해 부여된다.As a method for fixing the magnetization direction of the pinned layer 33, for example, a coercive force differential structure can be used. That is, by setting the coercive force of the pinned layer 33 sufficiently harder than the coercive force of the recording layer 35, the magnetization direction of the pinned layer 33 is fixed, and the magnetization direction of the recording layer 35 is variable. Can be configured. Alternatively, an antiferromagnetic layer can be added at a location adjacent to the pinned layer 33. In this case, the magnetization direction of the pinned layer 33 is fixed in one direction due to the exchange coupling between the pinned layer 33 and the antiferromagnetic layer. At the same time, high magnetic anisotropy energy is imparted to the pinned layer 33, and the function as the pinned layer 33 is imparted due to the exchange coupling between the pinned layer 33 and the antiferromagnetic layer.

각 자기저항 소자(30)의 일단(상부 전극(36)에 대응함)은 비트선(BL) 중 대응하는 하나에 전기적으로 연결한다. 자기저항 소자(30)의 타단(하부 전극(32)에 대응함)은 대응하는 선택 트랜지스터(31)의 드레인에 전기적으로 연결한다. 선택 트랜지스터(31)의 소스는 비트선(/BL)에 전기적으로 연결한다. 선택 트랜지스터(31)의 게이트는 워드선(WL) 중 대응하는 하나에 전기적으로 연결한다.One end (corresponding to the upper electrode 36) of each magnetoresistive element 30 is electrically connected to a corresponding one of the bit lines BL. The other end of the magnetoresistive element 30 (corresponding to the lower electrode 32) is electrically connected to the drain of the corresponding select transistor 31. The source of the select transistor 31 is electrically connected to the bit line / BL. The gate of the select transistor 31 is electrically connected to a corresponding one of the word lines WL.

어드레스 버퍼(12)는 외부로부터 어드레스 신호(ADD)를 수신한다. 그리고나서, 어드레스 버퍼(12)는 어드레스 신호(ADD) 중 컬럼 어드레스 신호(CA)를 컬럼 디코더(15)에 전송하고, 로우 어드레스 신호(RA)를 로우 디코더(14)에 전송한다.The address buffer 12 receives an address signal ADD from the outside. Then, the address buffer 12 transmits the column address signal CA of the address signal ADD to the column decoder 15, and transmits the row address signal RA to the row decoder 14.

로우 디코더(14)는 로우 어드레스 신호(RA)를 디코딩하여 로우 어드레스 디코드 신호를 얻는다. 그리고나서, 로우 디코더(14)는 로우 어드레스 디코드 신호에 기초하여 워드선 WL1 내지 WLm 중 하나를 선택한다.The row decoder 14 decodes the row address signal RA to obtain a row address decode signal. The row decoder 14 then selects one of the word lines WL1 to WLm based on the row address decode signal.

컬럼 디코더(15)는 컬럼 어드레스 신호(CA)를 디코딩하여 컬럼 선택 신호 CSL1 내지 CSLn을 얻는다. 컬럼 선택 신호 CSL1 내지 CSLn은 컬럼 선택 회로(19 및 20)에 공급한다.The column decoder 15 decodes the column address signal CA to obtain column selection signals CSL1 to CSLn. The column select signals CSL1 to CSLn are supplied to the column select circuits 19 and 20.

비트선 BL1 내지 BLn은 컬럼 선택 회로(19)를 통해 기록 회로(16) 및 판독 회로(18)에 연결한다. 컬럼 선택 회로(19)는 컬럼 선택 신호(CSL)에 기초하여 선택된 비트선(BL)을 기록 회로(16)(또는 판독 회로(18))에 연결한다. 컬럼 선택 회로(19)는 비트선 BL1 내지 BLn에 대응하는 스위치 소자 19-1 내지 19-n을 포함한다. 스위치 소자 19-1 내지 19-n은 예를 들어 N-채널 MOSFET로 형성한다. NMOSFET 19-1 내지 19-n의 게이트에는 컬럼 선택 신호 CSL1 내지 CSLn이 각각 공급된다.The bit lines BL1 to BLn are connected to the write circuit 16 and the read circuit 18 through the column select circuit 19. The column select circuit 19 connects the bit line BL selected based on the column select signal CSL to the write circuit 16 (or the read circuit 18). The column select circuit 19 includes switch elements 19-1 to 19-n corresponding to bit lines BL1 to BLn. The switch elements 19-1 to 19-n are formed of, for example, N-channel MOSFETs. The column select signals CSL1 to CSLn are supplied to the gates of the NMOSFETs 19-1 to 19-n, respectively.

비트선 /BL1 내지 /BLn은 컬럼 선택 회로(20)를 통해 기록 회로(17)에 연결한다. 컬럼 선택 회로(20)는 컬럼 선택 신호(CSL)에 기초하여 선택된 비트선(/BL)을 기록 회로(17)에 연결한다. 컬럼 선택 회로(20)는 비트선 /BL1 내지 /BLn에 대응하는 스위치 소자 20-1 내지 20-n을 포함한다. 스위치 소자 20-1 내지 20-n은 예를 들어 N-채널 MOSFET로 형성한다. NMOSFET 20-1 내지 20-n의 게이트에는 컬럼 선택 신호 CSL1 내지 CSLn이 각각 공급된다.The bit lines / BL1 to / BLn are connected to the write circuit 17 through the column select circuit 20. The column select circuit 20 connects the selected bit line / BL to the write circuit 17 based on the column select signal CSL. The column select circuit 20 includes switch elements 20-1 to 20-n corresponding to bit lines / BL1 to / BLn. The switch elements 20-1 to 20-n are formed of, for example, N-channel MOSFETs. The column select signals CSL1 to CSLn are supplied to the gates of the NMOSFETs 20-1 to 20-n, respectively.

기록 회로(16 및 17)는 선택된 메모리 셀(MC)에 데이터를 기록한다. 구체적 으로, 기록 회로(16 및 17)는 선택된 비트선 BL과 /BL 간의 데이터에 대응하는 방향의 기록 전류를 공급한다.The write circuits 16 and 17 write data to the selected memory cell MC. Specifically, the write circuits 16 and 17 supply the write current in the direction corresponding to the data between the selected bit line BL and / BL.

판독 회로(18)는 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다. 구체적으로, 판독 회로(18)는 선택된 비트선 BL 및 /BL에 흐르는 전류 또는 선택된 비트선 BL 및 /BL 간의 전압을 검출함으로써 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다.The read circuit 18 reads data from the selected memory cell MC. Specifically, the read circuit 18 reads data from the selected memory cell MC by detecting a current flowing in the selected bit lines BL and / BL or a voltage between the selected bit lines BL and / BL.

입/출력 버퍼(13)는 외부로부터 입력 데이터(DI)를 수신한다. 입력 데이터(DI)는 기록 회로(16 및 17)에 기록 데이터로서 공급한다. 또한, 입/출력 버퍼(13)는 판독 회로(18)로부터의 판독된 데이터를 수신하고, 판독된 데이터를 외부에 출력 데이터(DO)로서 출력한다.The input / output buffer 13 receives input data DI from the outside. The input data DI is supplied to the recording circuits 16 and 17 as write data. The input / output buffer 13 also receives the read data from the read circuit 18 and outputs the read data to the outside as output data DO.

제어 회로(22)는 외부로부터 다양한 명령(기록 명령, 판독 명령 및 소거 명령을 포함함)을 수신한다. 제어 회로(22)는 그 명령에 따라 반도체 메모리 장치(10)의 각 회로를 제어한다. 예를 들어 제어 회로(22)는 기록 명령에 응답하여 기록 신호를 기록 회로(16 및 17)에 공급한다.The control circuit 22 receives various commands (including write commands, read commands and erase commands) from the outside. The control circuit 22 controls each circuit of the semiconductor memory device 10 in accordance with the command. For example, the control circuit 22 supplies the write signal to the write circuits 16 and 17 in response to the write command.

설정 회로(21)는 외부로부터 온/오프 신호를 수신한다. 온/오프 신호는 반도체 메모리 장치(10)가 장착되는 시스템의 전원이 온 또는 오프인지를 나타내는 신호이다. 온/오프 신호는 시스템의 전원이 온인 경우에는 하이(high)가 되고, 그 전원이 오프인 경우에는 로우(low)가 된다. 설정 회로(21)는 온/오프 신호에 기초하여 스위칭 신호(DPOL)를 생성한다.The setting circuit 21 receives an on / off signal from the outside. The on / off signal is a signal indicating whether the power supply of the system on which the semiconductor memory device 10 is mounted is on or off. The on / off signal is high when the power supply of the system is on, and low when the power supply is off. The setting circuit 21 generates the switching signal DPOL based on the on / off signal.

본 실시예의 반도체 메모리 장치(10)는 시스템이 온 또는 오프인지를 나타내 는 온/오프 신호에 응답하여 동작한다. 즉, 반도체 메모리 장치(10)는 온 및 오프로 반복적으로 설정되는 논-올-나이트(non-all-night) 동작 타입(불연속 동작 타입) 시스템에 사용한다.The semiconductor memory device 10 of this embodiment operates in response to an on / off signal indicating whether the system is on or off. That is, the semiconductor memory device 10 is used for a non-all-night operation type (discontinuous operation type) system that is repeatedly set to on and off.

도 4는 설정 회로(21)의 동작을 예시하기 위한 타이밍도이다. 설정 회로(21)는 온/오프 신호의 상승 에지를 트리거(즉, 시스템이 켜지는 경우)로서 이용함으로써 스위칭 신호(DPOL)의 하이 및 로우 레벨을 스위칭한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 설정 회로(21)는 온/오프 신호의 제1 상승 에지에서 스위칭 신호(DPOL)를 하이로 한다. 그리고나서, 설정 회로(21)는 온/오프 신호의 그 다음 상승 에지에서 스위칭 신호(DPOL)를 로우로 한다. 이어서, 설정 회로(21)는 동일한 동작을 반복적으로 수행한다. 스위칭 신호(DPOL)는 기록 회로(16 및 17) 및 판독 회로(18)에 공급한다.4 is a timing diagram for illustrating the operation of the setting circuit 21. The setting circuit 21 switches the high and low levels of the switching signal DPOL by using the rising edge of the on / off signal as a trigger (that is, when the system is turned on). As shown in Fig. 4, the setting circuit 21 makes the switching signal DPOL high at the first rising edge of the on / off signal. The setting circuit 21 then turns the switching signal DPOL low on the next rising edge of the on / off signal. Subsequently, the setting circuit 21 repeatedly performs the same operation. The switching signal DPOL supplies the write circuits 16 and 17 and the read circuit 18.

다음으로, 이와 같이 구성한 반도체 메모리 장치(10)의 동작을 설명한다. 본 실시예의 자기저항 소자(30)는 스핀 전달 토크 기록 타입 자기저항 소자이다. 그러므로 데이터를 자기저항 소자(30)에 기록하는 경우에는 자기저항 소자(30)의 막 표면(또는 적층 표면)에 수직인 방향에서 양방향으로 전류가 흐른다. 자기저항 소자(30)에 데이터를 기록하는 동작은 이하에서 설명한다.Next, the operation of the semiconductor memory device 10 configured as described above will be described. The magnetoresistive element 30 of this embodiment is a spin transfer torque recording type magnetoresistive element. Therefore, when data is written to the magnetoresistive element 30, current flows in both directions in a direction perpendicular to the film surface (or laminated surface) of the magnetoresistive element 30. The operation of writing data to the magnetoresistive element 30 will be described below.

우선, 데이터가 기록되는 메모리 셀(MC)은 비트선 쌍 BL, /BL 및 워드선 WL을 선택함으로써 선택한다. 그리고나서, 기록 회로(16 및 17)가 선택된 비트선 BL 및 /BL 간에 전압을 인가하여, 데이터에 대응하는 기록 전류가 선택된 메모리 셀(MC)에 포함된 자기저항 소자(30)에 흐른다.First, the memory cell MC in which data is written is selected by selecting the bit line pairs BL, / BL and word line WL. Then, the write circuits 16 and 17 apply a voltage between the selected bit lines BL and / BL so that the write current corresponding to the data flows to the magnetoresistive element 30 included in the selected memory cell MC.

즉, 고정층(33)으로부터의 전자(즉, 고정층(33)으로부터 기록층(35)으로 이동하는 전자)가 공급되는 경우, 고정층(33)의 자화 방향과 동일한 방향으로 분극된 스핀을 갖는 전자가 기록층(35)에 주입된다. 이 경우, 기록층(35)의 자화 방향은 고정층(33)의 자화 방향과 동일한 방향으로 설정된다. 그 결과, 고정층(33) 및 기록층(35)의 자화 방향은 평행 배치(parallel arrangement)로 설정된다. 자기저항 소자(30)의 저항은 평행 배치가 설정되는 경우에 최소가 된다(로우-저항 상태가 설정됨).That is, when electrons from the pinned layer 33 (that is, electrons moving from the pinned layer 33 to the recording layer 35) are supplied, electrons having spins polarized in the same direction as the magnetization direction of the pinned layer 33 It is injected into the recording layer 35. In this case, the magnetization direction of the recording layer 35 is set in the same direction as the magnetization direction of the fixed layer 33. As a result, the magnetization directions of the pinned layer 33 and the recording layer 35 are set in a parallel arrangement. The resistance of the magnetoresistive element 30 is minimum when the parallel arrangement is set (low-resistance state is set).

한편, 기록층(35)으로부터의 전자(즉, 기록층(35)으로부터 고정층(33)으로 이동하는 전자)가 공급되는 경우, 고정층(33)으로부터 반사되고, 고정층(33)의 자화 방향과 반대 방향으로 분극된 스핀을 갖는 전자가 기록층(35)에 주입된다. 이 경우, 기록층(35)의 자화 방향은 고정층(33)의 자화 방향과 반대 방향으로 설정된다. 그 결과, 고정층(33) 및 기록층(35)의 자화 방향은 역-평행 배치(anti-parallel arrangement)로 설정된다. 자기저항 소자(30)의 저항은 역-평행 배치가 설정되는 경우에 최대가 된다(하이-저항 상태가 설정됨).On the other hand, when electrons from the recording layer 35 (that is, electrons moving from the recording layer 35 to the fixed layer 33) are supplied, they are reflected from the fixed layer 33 and are opposite to the magnetization direction of the fixed layer 33. Electrons having spins polarized in the direction are injected into the recording layer 35. In this case, the magnetization direction of the recording layer 35 is set in the direction opposite to the magnetization direction of the fixed layer 33. As a result, the magnetization directions of the pinned layer 33 and the recording layer 35 are set in an anti-parallel arrangement. The resistance of the magnetoresistive element 30 is maximum when the anti-parallel arrangement is set (high-resistance state is set).

자기저항 소자(30)로부터 데이터를 판독하는 동작은 다음과 같이 수행한다. 메모리 셀(MC)의 선택 동작은 기록 동작의 경우에서 설명한 동작과 동일하다. 판독 전류는 판독 회로(18)가 자기저항 소자(30)에 공급한다. 판독 전류는 기록층(35)의 자화 방향이 반전되지 않게 하는 값(즉, 기록 전류보다 낮은 값)으로 설정된다. 자기저항 소자(30)에 저장된 데이터는 판독 회로(18)에 포함된 감지 증폭기 등을 통해 이 시점에서 자기저항 소자(30)의 저항 변화를 검출함으로써 판독할 수 있다.The operation of reading data from the magnetoresistive element 30 is performed as follows. The selection operation of the memory cell MC is the same as the operation described in the case of the write operation. The read current is supplied by the read circuit 18 to the magnetoresistive element 30. The read current is set to a value such that the magnetization direction of the recording layer 35 is not inverted (that is, a value lower than the write current). The data stored in the magnetoresistive element 30 can be read by detecting a change in resistance of the magnetoresistive element 30 at this point of time through a sense amplifier or the like included in the read circuit 18.

기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태의 할당(allocation) 그리고 스위칭 신호(DPOL)의 상태(하이 또는 로우)에 따른 "0" 및 "1" 데이터 항목을 스위칭하고, 또는 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태의 할당을 스위칭 신호(DPOL)의 상태(하이 또는 로우)에 따른 "0" 및 "1" 데이터 항목으로 스위칭한다. 즉, 기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)에 기록 전류를 공급하여 스위칭 신호(DPOL)가 로우인 경우에는 로우-저항 상태를 "0" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "1" 데이터로 설정한다. 또한, 기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)에 기록 전류를 공급하여 반전된 할당을 부여하는데, 즉 스위칭 신호(DPOL)가 하이인 경우에는 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다.The write circuits 16 and 17 are " 0 " and " 1 " depending on the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30 and the state (high or low) of the switching signal DPOL. "0 " and " 1 " data items according to the state (high or low) of the switching signal DPOL switching the data items, or assigning the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30. Switch to That is, the write circuits 16 and 17 supply the write current to the magnetoresistive element 30 so that when the switching signal DPOL is low, the low-resistance state is set to "0" data and the high-resistance state is "." Set to 1 "data. In addition, the write circuits 16 and 17 supply the write current to the magnetoresistive element 30 to give an inverted allocation, i.e., when the switching signal DPOL is high, the low-resistance state is set to "1" data. Set the high-resistance state to "0" data.

마찬가지로, 판독 회로(18)는 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태의 할당 그리고 스위칭 신호(DPOL)의 상태(하이 또는 로우)에 따른 "0" 및 "1" 데이터 항목을 스위칭한다. 즉, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 스위칭 신호(DPOL)가 로우인 경우에는 로우-저항 상태를 "0" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "1" 데이터로 설정한다. 또한, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 반전된 할당을 부여하는데, 즉 스위칭 신호(DPOL)가 하이인 경우에는 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다.Similarly, the readout circuit 18 has "0" and "1" data items according to the assignment of the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30 and the state (high or low) of the switching signal DPOL. Switch. That is, the readout circuit 18 outputs the read data so that when the switching signal DPOL is low, the low-resistance state is set to "0" data and the high-resistance state is set to "1" data. In addition, the read circuit 18 outputs the read data and gives an inverted allocation, that is, when the switching signal DPOL is high, the low-resistance state is set to "1" data and the high-resistance state is " Set to 0 "data.

설정 회로(21)는 "0" 데이터/"1" 데이터 및 로우-저항 상태/하이-저항 상태 (즉, 스위칭 신호(DPOL)의 상태)의 할당을 저장하는 메모리 회로(21A)를 포함한다. 배터리를 통해 백업할 수 있지만, 메모리 셀과 동일한 비휘발성 메모리 소자를 사용할 수 있는 시스템의 경우, 예를 들어 전원이 완전히 꺼진 시스템의 경우에서 메모리 회로(21A)는 SRAM(static random access memory)에 사용하는 MOSFET로 구성한 래치 회로일 수도 있다. 다른 경우에서는 여분의 제조 프로세스를 부가하지 않으면서 형성할 수 있다.The setting circuit 21 includes a memory circuit 21A that stores the assignment of " 0 " data / " 1 " data and low-resistance state / high-resistance state (i.e., state of the switching signal DPOL). In a system that can be backed up through a battery, but can use the same nonvolatile memory elements as the memory cells, for example in a completely powered off system, the memory circuit 21A is used for static random access memory (SRAM). It may be a latch circuit composed of a MOSFET. In other cases it can be formed without adding an extra manufacturing process.

제1 실시예의 더욱 구체적인 실시예들은 이하에서 설명한다.More specific embodiments of the first embodiment are described below.

[실시예 1-1]Example 1-1

실시예 1-1은 반도체 메모리 장치(10)가 휘발성 RAM 회로로서 사용되는 예를 도시한다.Embodiment 1-1 shows an example in which the semiconductor memory device 10 is used as a volatile RAM circuit.

우선, 시스템의 시작 시(온/오프 신호의 상승 에지에서) 기록 회로(16 및 17)는 메모리 셀 어레이(11)의 모든 비트에 대하여 "1" 데이터 또는 "0" 데이터를 기록함으로써 메모리 셀 어레이(11)를 초기화한다.First, at the start of the system (at the rising edge of the on / off signal), the write circuits 16 and 17 write the " 1 " or " 0 " data for every bit of the memory cell array 11 so as to write the memory cell array. Initialize (11).

구체적으로, 제어 회로(22)는 온/오프 신호를 수신함으로써 시스템의 시작을 검출한다. 다음으로, 제어 회로(22)는 기록 회로(16 및 17)에 기록 신호를 공급한다. 이어서, 제어 회로(22)는 로우 디코더(14)에 로우 어드레스 신호(RAC)를 공급하고 컬럼 선택 회로(19)에 컬럼 선택 신호(CSL)를 공급하여 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 선택 동작은 (예를 들어 각 컬럼 단위 또는 각 로우 단위에 대하여) 복수의 메모리 셀(MC)을 동시에 선택하도록 수행할 수 있다. 그리고나서, 기록 회로(16 및 17)는 선택된 메모리 셀(MC)에 소거 데이터를 기록한다. 따라서, "1" 데이터 또는 "0" 데이터가 초기화 시 메모리 셀 어레이(11)의 모든 비트에 대하여 기록될 수 있다.Specifically, the control circuit 22 detects the start of the system by receiving an on / off signal. Next, the control circuit 22 supplies a write signal to the write circuits 16 and 17. Subsequently, the control circuit 22 sequentially supplies the row address signal RAC to the row decoder 14 and the column select signal CSL to the column select circuit 19 to sequentially select the memory cells MC. The selection operation may be performed to simultaneously select the plurality of memory cells MC (for each column unit or each row unit). The write circuits 16 and 17 then write erase data to the selected memory cell MC. Thus, "1" data or "0" data can be written for every bit of the memory cell array 11 at initialization.

이어서, 기록 회로(16 및 17)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동작을 수행한다.The write circuits 16 and 17 then perform a data write operation based on the switching signal DPOL. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL.

[실시예 1-2]Example 1-2

실시예 1-2는 반도체 메모리 장치(10)가 비휘발성 RAM 회로로서 사용되는 예를 도시한다. 도 5는 실시예 1-2에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다.Embodiment 1-2 shows an example in which the semiconductor memory device 10 is used as a nonvolatile RAM circuit. 5 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor memory device 10 according to the embodiment 1-2.

반도체 메모리 장치(10)는 래치 회로(23)를 포함한다. 래치 회로(23)는 판독 회로(18)가 메모리 셀 어레이(11)로부터 판독한 판독된 데이터를 래치하고, 래치된 데이터를 기록 회로(16 및 17)에 전송한다.The semiconductor memory device 10 includes a latch circuit 23. The latch circuit 23 latches the read data read out from the memory cell array 11 by the read circuit 18 and transfers the latched data to the write circuits 16 and 17.

이 실시예에서, 메모리 셀 어레이(11)의 모든 비트로부터 데이터 항목을 판독하고, 판독된 데이터 항목을 반전함으로써 얻은 반전된 데이터 항목을 메모리 셀 어레이(11)에 재기록하는(다시 기록하는) 재기록 동작(초기화 동작)은 시스템의 시작 시 수행한다.In this embodiment, a rewrite operation of reading a data item from all bits of the memory cell array 11 and rewriting (rewriting) the inverted data item obtained by inverting the read data item into the memory cell array 11. Initialization operation is performed at system startup.

우선, 제어 회로(22)는 온/오프 신호를 수신함으로써 시스템의 시작을 검출한다. 다음으로, 제어 회로(22)는 로우 디코더(14)에 로우 어드레스 신호(RAC)를 공급하고 컬럼 선택 회로(19 및 20)에 컬럼 선택 신호(CSL)를 공급하여 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 선택 동작은 (예를 들어, 각 컬럼 단위 또는 각 로우 단위에 대하여) 복수의 메모리 셀(MC)을 동시에 선택하도록 수행할 수 있다. 그리고나서, 판독 회로(18)는 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다. 따라서, 판독된 데이터가 래치 회로(23)에 공급되어 래치된다.First, the control circuit 22 detects the start of the system by receiving an on / off signal. Next, the control circuit 22 supplies the row address signal RAC to the row decoder 14 and the column select signal CSL to the column select circuits 19 and 20 to sequentially supply the memory cells MC. Choose. The selection operation may be performed to simultaneously select the plurality of memory cells MC (eg, for each column unit or each row unit). The read circuit 18 then reads data from the selected memory cell MC. Thus, the read data is supplied to the latch circuit 23 and latched.

이어서, 래치 회로(23)에 래치된 판독된 데이터는 기록 회로(16 및 17)에 공급된다. 그리고나서, 제어 회로(22)는 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀과 동일한 메모리 셀(MC) 중 하나를 선택한다. 다음으로, 기록 회로(16 및 17)는 판독된 데이터를 반전함으로써 얻은 반전된 데이터를 선택된 메모리 셀(MC)에 기록한다. 위의 동작은 모든 비트의 데이터 항목이 반전될 때까지 반복적으로 수행한다.The read data latched in the latch circuit 23 is then supplied to the write circuits 16 and 17. The control circuit 22 then selects one of the same memory cells MC as the memory cell in which the read operation is performed. Next, the write circuits 16 and 17 write the inverted data obtained by inverting the read data into the selected memory cell MC. The above operation is performed repeatedly until the data item of every bit is inverted.

메모리 셀 어레이(11)의 모든 데이터 항목이 반전된 후, 기록 회로(16 및 17)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동작을 수행한다.After all data items of the memory cell array 11 are inverted, the write circuits 16 and 17 perform a data write operation based on the switching signal DPOL. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL.

[실시예 1-3]Example 1-3

실시예 1-3은 실시예 1-2에서 설명한 초기화 동작(재기록 동작)을 시스템의 시작 시 수행하지 않는다. 반전된 데이터 항목은 데이터 기록 또는 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)이 연결되어 있는 비트선이 첫 번째로 액세스될 때 상기 비트선에 연결된 복수의 메모리 셀 컬럼에 재기록된다. 따라서, 실시예 1-2에서 설명한 초기화 동작은 생략할 수 있고, 그에 따라 반도체 메모리 장치(10)의 시작 주기는 줄일 수 있다.Example 1-3 does not perform the initialization operation (rewrite operation) described in Example 1-2 at the start of the system. The inverted data item is rewritten in a plurality of memory cell columns connected to the bit line when the bit line to which the memory cell MC for which data writing or reading operation is performed is connected is first accessed. Therefore, the initialization operation described in Embodiments 1 and 2 can be omitted, and accordingly, the start cycle of the semiconductor memory device 10 can be reduced.

도 6은 실시예 1-3에 따른 메모리 셀 어레이(11)의 구성을 도시하는 회로도이다. 반도체 메모리 장치(10)의 블록도는 도 5의 블록도와 동일하다.6 is a circuit diagram showing the configuration of the memory cell array 11 according to the embodiments 1-3. The block diagram of the semiconductor memory device 10 is the same as the block diagram of FIG. 5.

메모리 셀 어레이(11)는 플래그 셀 스트링(37)을 포함하고, 플래그 셀 스트링은(37)은 n 플래그 셀(FC)을 로우 방향으로 배치하여 구성한다. 각 플래그 셀(FC)은 메모리 셀(MC)과 동일한 구성이고, 자기저항 소자(30) 및 선택 트랜지스터(31)로 구성한다. n 플래그 셀(FC)은 비트선 쌍 BL1 내지 BLn 및 /BL1 내지 /BLn에 각각 연결한다. 또한, n 플래그 셀(FC)은 공통 워드선(FWL)에 연결한다. 워드선(FWL)은 로우 디코더(14)에 연결한다.The memory cell array 11 includes a flag cell string 37, and the flag cell string 37 is configured by arranging n flag cells FC in a row direction. Each flag cell FC has the same configuration as that of the memory cell MC and includes the magnetoresistive element 30 and the selection transistor 31. The n flag cell FC is connected to the bit line pairs BL1 to BLn and / BL1 to / BLn, respectively. In addition, the n flag cell FC is connected to the common word line FWL. The word line FWL is connected to the row decoder 14.

이와 같이 구성한 반도체 메모리 장치(10)의 동작을 설명한다. 예를 들어 "0" 데이터가 모든 플래그 셀(FC)에 기록된다고 가정한다. 우선, 시스템이 시작될 때, 온/오프 신호는 하이이다. 설정 회로(21)는 온/오프 신호를 수신하고 하이 스위칭 신호(DPOL)를 생성한다. 따라서, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다. 이 단계에서 초기화 동작(재기록 동작)은 수행하지 않는다.The operation of the semiconductor memory device 10 configured as described above will be described. For example, assume that "0" data is written in all the flag cells FC. First, when the system starts up, the on / off signal is high. The setting circuit 21 receives the on / off signal and generates a high switching signal DPOL. Thus, the read circuit 18 outputs the read data to set the low-resistance state to "1" data and the high-resistance state to "0" data. In this step, the initialization operation (rewrite operation) is not performed.

다음으로, 기록 또는 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)에 연결된 비트선 쌍 BL, /BL은 컬럼 디코더(15)가 선택한다. 그리고나서, 제어 회로(22)는 로우 어드레스 신호(RAC)를 이용함으로써 워드선(FWL)을 선택한다. 따라서, 선택된 비트선에 연결된 플래그 셀(FC)의 데이터는 판독 회로(18)가 판독한다. 이 시점에서, 스위칭 신호(DPOL)가 하이이므로 플래그 셀(FC)의 데이터는 "1" 데이터로서 판독된다.Next, the column decoder 15 selects the bit line pairs BL and / BL connected to the memory cell MC in which the write or read operation is performed. The control circuit 22 then selects the word line FWL by using the row address signal RAC. Therefore, the read circuit 18 reads the data of the flag cell FC connected to the selected bit line. At this time, the data of the flag cell FC is read as " 1 " data because the switching signal DPOL is high.

제어 회로(22)는 플래그 셀(FC)로부터 판독한 데이터를 확인한다. 데이터가 "1" 데이터인 경우에는 반전된 데이터의 재기록 동작을 수행하고, 데이터가 "0" 데 이터인 경우에는 반전된 데이터의 재기록 동작을 수행하지 않는다. 이 실시예에서는 모든 플래그 셀(FC)의 데이터 항목이 "1" 데이터로서 판독되므로, 재기록 동작은 플래그 셀(FC)이 첫 번째로 액세스될 때 플래그 셀(FC)에 대응하는 컬럼(비트선)에 대하여 수행한다.The control circuit 22 confirms the data read from the flag cell FC. If the data is "1" data, the rewrite operation of the inverted data is performed. If the data is "0" data, the rewrite operation of the inverted data is not performed. In this embodiment, since the data items of all the flag cells FC are read out as "1" data, the rewrite operation is performed by the column (bit line) corresponding to the flag cell FC when the flag cell FC is first accessed. Perform on.

즉, 제어 회로(22)는 로우 디코더(14)에 로우 어드레스 신호(RAC)를 공급함으로써 선택된 컬럼에 있는 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 그리고나서, 판독 회로(18)는 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다. 판독된 데이터는 래치 회로(23)에 전송되어 래치된다.That is, the control circuit 22 sequentially selects the memory cells MC in the selected column by supplying the row address signal RAC to the row decoder 14. The read circuit 18 then reads data from the selected memory cell MC. The read data is transferred to the latch circuit 23 and latched.

이어서, 래치 회로(23)에 래치된 판독된 데이터는 기록 회로(16 및 17)에 공급된다. 다음으로, 제어 회로(22)는 선택된 컬럼에 있는 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 그리고나서, 기록 회로(16 및 17)는 판독된 데이터 항목을 반전함으로써 얻은 반전된 데이터 항목을 선택된 메모리 셀(MC)에 순차적으로 기록한다.The read data latched in the latch circuit 23 is then supplied to the write circuits 16 and 17. Next, the control circuit 22 sequentially selects the memory cells MC in the selected column. The write circuits 16 and 17 then sequentially write the inverted data items obtained by inverting the read data items into the selected memory cell MC.

재기록 동작에서는 플래그 셀(FC)의 데이터도 반전된다("0" 데이터로 교체됨). 따라서, 온/오프 신호가 다시 하이가 되고, 스위칭 신호(DPOL)가 로우가 될 때, 플래그 셀(FC)의 데이터는 "1" 데이터로서 판독된다. 그러므로 각 플래그 셀(FC)이 첫 번째로 액세스될 때, 재기록 동작은 플래그 셀(FC)에 대응하는 컬럼(비트선)에 대하여 수행한다.In the rewrite operation, the data of the flag cell FC is also inverted (replaced by "0" data). Therefore, when the on / off signal goes high again and the switching signal DPOL goes low, the data of the flag cell FC is read as "1" data. Therefore, when each flag cell FC is first accessed, a rewrite operation is performed on the column (bit line) corresponding to the flag cell FC.

메모리 셀 어레이(11)의 한 컬럼의 데이터 항목이 반전된 후, 기록 회로(16 및 17)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 컬럼에 대하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동 작을 수행한다.After the data items of one column of the memory cell array 11 are inverted, the write circuits 16 and 17 perform a data write operation on the column based on the switching signal DPOL. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL.

실시예 1-3은 플래그 비트가 각 비트선에 대하여 배치되어 있는 시스템을 설명하지만, 몇몇 경우에서 플래그 비트는 워드선 단위 또는 블록 단위로 배치될 수도 있다. 이 경우, 동작 원리는 플래그 비트가 각 비트선에 대하여 배치되어 있는 경우의 동작 원리와 동일하다.Embodiments 1-3 describe a system in which flag bits are arranged for each bit line, but in some cases, flag bits may be arranged in word line units or block units. In this case, the operation principle is the same as the operation principle when the flag bit is arranged for each bit line.

상술한 바와 같이, 제1 실시예에 따르면, 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태는 각각 사전설정된 주기에 대하여 스위칭하므로, 동일한 데이터를 긴 시간 동안 저장하는 자기저항 소자(30)에 바이어스된 스트레스가 인가되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 자기저항 소자(30)가 동일한 데이터를 긴 시간 동안 정상적으로 저장하는 경우에도, 반전된 데이터는 이 실시예를 적용함으로써 사전설정된 주기가 만료된 후 저장할 수 있다. 그 결과, 메모리 셀(MC)의 서비스 수명은 불균일한 애플리케이션 환경의 영향을 억제함으로써 연장할 수 있다.As described above, according to the first embodiment, since the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30 are switched for a predetermined period, respectively, the magnetoresistive element for storing the same data for a long time ( The stress biased in 30 can be prevented from being applied. That is, even when the magnetoresistive element 30 normally stores the same data for a long time, the inverted data can be stored after the preset period expires by applying this embodiment. As a result, the service life of the memory cell MC can be extended by suppressing the influence of an uneven application environment.

또한, 이 실시예는 휘발성 RAM 및 비휘발성 RAM에 적용할 수 있으므로, 다양한 애플리케이션을 위한 메모리에 이용할 수 있다.Further, this embodiment can be applied to volatile RAM and nonvolatile RAM, and thus can be used for memory for various applications.

[제2 실시예]Second Embodiment

제2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)는 온 및 오프를 반복적으로 설정하는 논-올-나이트 동작 타입(불연속 동작 타입) 시스템에 사용한다. 또한, 제2 실시예는 클록을 생성하는 타이머 회로를 포함하고, 설정 회로(21)로부터 출력된 제1 스위칭 신호(DPOLX)의 레벨은 클록의 각 주기에 대하여 변한다. 게다가, 온/오프 신호의 상승 에지에 대한 제1 스위칭 신호(DPOLX)의 상태는 제2 스위칭 신 호(DPOL)로서 이용하고, 데이터 기록 동작 및 판독 동작은 제2 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 수행한다.The semiconductor memory device 10 according to the second embodiment is used in a non-all-night operation type (discontinuous operation type) system that repeatedly sets on and off. Further, the second embodiment includes a timer circuit for generating a clock, and the level of the first switching signal DPOLX output from the setting circuit 21 is changed for each period of the clock. In addition, the state of the first switching signal DPOLX on the rising edge of the on / off signal is used as the second switching signal DPOL, and the data write operation and the read operation are based on the second switching signal DPOL. To perform.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다. 반도체 메모리 장치(10)는 타이머 회로(24) 및 레지스터(25)를 포함한다.7 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device 10 according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor memory device 10 includes a timer circuit 24 and a register 25.

타이머 회로(24)는 각 사전설정된 주기를 위한 펄스를 생성한다. 타이머 회로(24)는 복수의 펄스 스트링을 갖는 클록(CLK)을 설정 회로(21)에 공급한다. 설정 회로(21)는 클록(CLK)의 상승 에지를 트리거로서 이용함으로써 제1 스위칭 신호(DPOLX)의 하이 및 로우 레벨을 스위칭한다.The timer circuit 24 generates a pulse for each preset period. The timer circuit 24 supplies the clock CLK having a plurality of pulse strings to the setting circuit 21. The setting circuit 21 switches the high and low levels of the first switching signal DPOLX by using the rising edge of the clock CLK as a trigger.

도 8은 타이머 회로(24) 및 설정 회로(21)의 동작을 예시하기 위한 타이밍도이다. 설정 회로(21)는 클록(CLK)의 제1 상승 에지 시 제1 스위칭 신호(DPOLX)를 하이로 한다. 그리고나서, 설정 회로(21)는 클록(CLK)의 그 다음 상승 에지 시 제1 스위칭 신호(DPOLX)를 로우로 한다. 이어서, 설정 회로(21)는 상술한 동작을 반복적으로 수행한다. 제1 스위칭 신호(DPOLX)는 레지스터(25)에 공급한다.8 is a timing diagram for illustrating the operation of the timer circuit 24 and the setting circuit 21. The setting circuit 21 makes the first switching signal DPOLX high on the first rising edge of the clock CLK. The setting circuit 21 then turns the first switching signal DPOLX low on the next rising edge of the clock CLK. Subsequently, the setting circuit 21 repeatedly performs the above-described operation. The first switching signal DPOLX is supplied to the register 25.

반도체 메모리 장치에 사용한 절연막의 서비스 수명은 실제 애플리케이션 환경에서 10년이라고 가정하는 것이 일반적이다. 그러므로 클록(CLK)의 주기를 상기 주기보다 충분히 짧게 설정하는 것이 중요하다. 그러나 이 실시예에서는 반도체 메모리 장치는 논-올-나이트 동작 타입 시스템에 사용한다고 가정하므로, 반도체 메모리 장치는 평균적으로 매일 트리거되고, 클록의 주기는 상기 주기와 실질적으로 동일하거나 약간 길게 설정된다고 가정한다. 예를 들어 클록(CLK)의 주기는 대 략 하루, 일주일 또는 한 달로 설정한다.It is common to assume that the service life of the insulating film used for the semiconductor memory device is 10 years in actual application environment. Therefore, it is important to set the period of the clock CLK shorter than the period. However, in this embodiment, since the semiconductor memory device is assumed to be used in a non-all-night operation type system, it is assumed that the semiconductor memory device is triggered daily on average, and that the clock period is set to be substantially equal to or slightly longer than the period. . For example, set the clock CLK period to approximately one day, one week, or one month.

설정 회로(21)는 "0" 데이터/"1" 데이터 및 로우-저장 상태/하이-저장 상태(즉, 스위칭 신호(DPOLX)의 상태)의 할당을 저장하거나 "0" 데이터/"1" 데이터의 할당을 로우-저장 상태/하이-저장 상태로 저장하는 메모리 회로(21A)를 포함한다. 배터리로 백업할 수 있지만, 메모리 셀 소자와 동일한 비휘발성 메모리 소자를 사용할 수 있는 시스템의 경우, 예를 들어 전원이 완전히 꺼진 시스템의 경우에서 메모리 회로(21A)는 MOSFET를 포함한 SRAM과 같은 래치 회로일 수도 있다. 다른 경우에서는 여분의 제조 프로세스를 부가하지 않으면서 형성할 수 있다.The setting circuit 21 stores the assignment of " 0 " data / " 1 "data and the low-save state / high-save state (i.e., the state of the switching signal DPOLX) or the " 0 " data / " 1 " data. And a memory circuit 21A for storing the allocation of? In the low-store state / high-store state. For a system that can be backed up with a battery, but that can use the same nonvolatile memory elements as the memory cell elements, for example, in a fully powered off system, the memory circuit 21A may be a latch circuit such as an SRAM with a MOSFET. It may be. In other cases it can be formed without adding an extra manufacturing process.

레지스터(25)는 제1 스위칭 신호(DPOLX)를 유지한다. 또한, 레지스터(25)는 시스템의 온 상태 또는 오프 상태를 나타내는 온/오프 신호를 외부로부터 수신한다. 레지스터(25)는 온/오프 신호의 상승 에지를 트리거로서 이용함으로써 이 시점에서 제1 스위칭 신호(DPOLX)의 상태를 제2 스위칭 신호(DPOL)로서 출력한다. 제2 스위칭 신호(DPOL)는 기록 회로(16 및 17) 및 판독 회로(18)에 공급한다.The register 25 holds the first switching signal DPOLX. In addition, the register 25 receives an on / off signal from the outside indicating the on state or the off state of the system. The register 25 uses the rising edge of the on / off signal as a trigger to output the state of the first switching signal DPOLX as the second switching signal DPOL at this point in time. The second switching signal DPOL supplies the write circuits 16 and 17 and the read circuit 18.

제2 스위칭 신호(DPOL) 및 온/오프 신호를 이용한 데이터 기록 동작 및 판독 동작은 제1 실시예에서의 동작과 동일하다.The data write operation and read operation using the second switching signal DPOL and the on / off signal are the same as those in the first embodiment.

제2 실시예의 더욱 구체적인 실시예들은 이하에서 설명한다.More specific embodiments of the second embodiment are described below.

[실시예 2-1]Example 2-1

실시예 2-1은 반도체 메모리 장치(10)가 휘발성 RAM 회로로서 사용되는 예를 도시한다. 즉, 실시예 2-1은 제2 실시예를 실시예 1-1에 적용함으로써 얻는다.Embodiment 2-1 shows an example in which the semiconductor memory device 10 is used as a volatile RAM circuit. That is, Example 2-1 is obtained by applying the second embodiment to Example 1-1.

우선, 시스템의 시작 시(온/오프 신호의 상승 에지에서) 기록 회로(16 및 17)는 메모리 셀 어레이(11)의 모든 비트에 대하여 "1" 데이터 또는 "0" 데이터를 기록함으로써 메모리 셀 어레이(11)를 초기화한다.First, at the start of the system (at the rising edge of the on / off signal), the write circuits 16 and 17 write the " 1 " or " 0 " data for every bit of the memory cell array 11 so as to write the memory cell array. Initialize (11).

구체적으로, 제어 회로(22)는 온/오프 신호를 수신함으로써 시스템의 시작을 검출한다. 다음으로, 제어 회로(22)는 기록 회로(16 및 17)에 기록 신호를 공급한다. 이어서, 제어 회로(22)는 로우 디코더(14)에 로우 어드레스 신호(RAC)를 공급하고 컬럼 선택 신호(19)에 컬럼 선택 신호(CSL)를 공급하여 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 선택 동작은 (예를 들어 각 컬럼 단위에 대하여 또는 각 로우 단위에 대하여) 복수의 메모리 셀(MC)을 동시에 선택하도록 수행할 수 있다. 그리고나서, 기록 회로(16 및 17)는 선택된 메모리 셀(MC)에 소거 데이터를 기록한다. 따라서, "1" 데이터 또는 "0" 데이터가 초기화 시 메모리 셀 어레이(11)의 모든 비트에 대하여 기록될 수 있다.Specifically, the control circuit 22 detects the start of the system by receiving an on / off signal. Next, the control circuit 22 supplies a write signal to the write circuits 16 and 17. Subsequently, the control circuit 22 sequentially supplies the row address signal RAC to the row decoder 14 and the column select signal CSL to the column select signal 19 to sequentially select the memory cells MC. The selection operation may be performed to simultaneously select the plurality of memory cells MC (for each column unit or each row unit). The write circuits 16 and 17 then write erase data to the selected memory cell MC. Thus, "1" data or "0" data can be written for every bit of the memory cell array 11 at initialization.

또한, 레지스터(25)는 제1 스위칭 신호(DPOLX) 및 온/오프 신호를 이용함으로써 스위칭 신호(DPOL)를 출력한다. 이어서, 기록 회로(16 및 17)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동작을 수행한다.In addition, the register 25 outputs the switching signal DPOL by using the first switching signal DPOLX and the on / off signal. The write circuits 16 and 17 then perform a data write operation based on the switching signal DPOL. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL.

[실시예 2-2]Example 2-2

실시예 2-2는 반도체 메모리 장치(10)가 비휘발성 RAM 회로로서 사용되는 예를 도시한다. 즉, 실시예 2-2는 제2 실시예를 실시예 1-2에 적용함으로써 얻는다. 도 9는 실시예 2-2에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다.Embodiment 2-2 shows an example in which the semiconductor memory device 10 is used as a nonvolatile RAM circuit. That is, Example 2-2 is obtained by applying the second embodiment to Example 1-2. 9 is a block diagram showing the structure of the semiconductor memory device 10 according to the embodiment 2-2.

반도체 메모리 장치(10)는 래치 회로(23)를 포함한다. 래치 회로(23)는 판 독 회로(18)가 메모리 셀 어레이(11)로부터 판독한 판독된 데이터를 래치하고, 래치된 데이터를 기록 회로(16 및 17)에 전송한다.The semiconductor memory device 10 includes a latch circuit 23. The latch circuit 23 latches the read data read out from the memory cell array 11 by the read circuit 18 and transfers the latched data to the write circuits 16 and 17.

이 실시예에서, 메모리 셀 어레이(11)의 모든 비트로부터 데이터 항목을 판독하고, 판독된 데이터 항목을 반전함으로써 얻은 반전된 데이터 항목을 메모리 셀 어레이(11)에 재기록하는 동작은 시스템의 시작 시 수행한다. 재기록 동작(초기화 동작)은 실시예 1-2에서의 동작과 동일하다.In this embodiment, the operation of reading the data item from all the bits of the memory cell array 11 and rewriting the inverted data item obtained by inverting the read data item into the memory cell array 11 is performed at the start of the system. do. The rewrite operation (initialization operation) is the same as that in the embodiment 1-2.

레지스터(25)는 제1 스위칭 신호(DPOLX) 및 온/오프 신호를 이용함으로써 제2 스위칭 신호(DPOL)를 출력한다. 메모리 셀 어레이(11)의 모든 데이터 항목이 반전된 후, 기록 회로(16 및 17)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동작을 수행한다.The register 25 outputs the second switching signal DPOL by using the first switching signal DPOLX and the on / off signal. After all data items of the memory cell array 11 are inverted, the write circuits 16 and 17 perform a data write operation based on the switching signal DPOL. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL.

[실시예 2-3]Example 2-3

실시예 2-3은 제2 실시예를 실시예 1-3에 적용함으로써 얻는다. 즉, 실시예 2-3은 실시예 2-2에서 설명한 초기화 동작(재기록 동작)을 시스템의 시작 시 수행하지 않는다. 반전된 데이터 항목은 데이터 기록 동작 또는 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)이 연결되어 있는 비트선이 첫 번째로 액세스될 때 상기 비트선에 연결된 복수의 메모리 셀 컬럼에 재기록된다. 메모리 셀 어레이(11)의 구성은 도 6의 구성과 동일하고, 메모리 셀 어레이(11)는 비트선 쌍 BL1 내지 BLn 및 /BL1 내지 /BLn에 대응하는 n 플래그 셀(FC)을 포함한다.Example 2-3 is obtained by applying the second example to Example 1-3. That is, the embodiment 2-3 does not perform the initialization operation (rewrite operation) described in the embodiment 2-2 at the start of the system. The inverted data item is rewritten in a plurality of memory cell columns connected to the bit line when the bit line to which the memory cell MC in which the data write operation or the read operation is performed is connected is first accessed. The configuration of the memory cell array 11 is the same as that of FIG. 6, and the memory cell array 11 includes n flag cells FC corresponding to bit line pairs BL1 to BLn and / BL1 to / BLn.

래치 회로(23)를 사용함으로써 반전된 데이터를 재기록하는 동작은 실시예 1-3에서의 동작과 동일하다. 또한, 기록 회로(16 및 17)는 레지스터(25)로부터의 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 레지스터(25)로부터의 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동작을 수행한다.The operation of rewriting the inverted data by using the latch circuit 23 is the same as that in the embodiment 1-3. The write circuits 16 and 17 also perform a data write operation based on the switching signal DPOL from the register 25. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL from the register 25.

상술한 바와 같이, 제2 실시예에서는 제1 실시예와 마찬가지로 메모리 셀(MC)의 서비스 수명은 불균일한 애플리케이션 환경의 영향을 억제함으로써 연장할 수 있다.As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment, the service life of the memory cell MC can be extended by suppressing the influence of an uneven application environment.

[제3 실시예]Third Embodiment

제3 실시예의 반도체 메모리 장치(10)는 긴 시간용 대규모 시스템 제어를 위한 엔지니어링 워크스테이션(EWS) 또는 범용 컴퓨터와 같은 올-나이트 동작 타입(연속 동작 타입) 시스템에 사용한다. 그러므로 제3 실시예의 반도체 메모리 장치(10)에서 스위칭 신호(DPOL)는 시스템의 온 상태 또는 오프 상태를 나타내는 온/오프 신호를 이용하지 않고 타이머 회로로부터 생성한 클록(CLK)을 이용함으로써 생성한다.The semiconductor memory device 10 of the third embodiment is used in an all-night operation type (continuous operation type) system such as an engineering workstation (EWS) or a general purpose computer for long time large scale system control. Therefore, in the semiconductor memory device 10 of the third embodiment, the switching signal DPOL is generated by using the clock CLK generated from the timer circuit without using the on / off signal indicating the on state or the off state of the system.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다. 반도체 메모리 장치(10)는 타이머 회로(24)를 포함한다.10 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device 10 according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor memory device 10 includes a timer circuit 24.

타이머 회로(24)는 각 사전설정된 주기에 대하여 펄스를 생성한다. 타이머 회로(24)는 복수의 펄스 스트링을 포함하는 클록(CLK)을 설정 회로(21)에 공급한다. 설정 회로(21)는 클록(CLK)의 상승 에지를 트리거로서 이용함으로써 스위칭 신호(DPOL)의 하이 및 로우 레벨을 스위칭한다.The timer circuit 24 generates a pulse for each preset period. The timer circuit 24 supplies the clock CLK including the plurality of pulse strings to the setting circuit 21. The setting circuit 21 switches the high and low levels of the switching signal DPOL by using the rising edge of the clock CLK as a trigger.

반도체 메모리 장치(10)에 사용한 절연막의 서비스 수명은 실제 애플리케이션 환경에서 10년이라고 가정하는 것이 일반적이다. 그러므로 클록(CLK)의 주기는 상기 주기보다 충분히 짧게 설정하는 것이 중요하다. 그러나 본 실시예는 올-나이트 동작 타입 시스템에 이용한다고 가정하므로, 주기가 과도하게 짧게 설정되는 경우에는 시스템의 시간 손실이 발생한다. 그러므로 예를 들어 클록(CLK)의 주기는 대략 하루, 일주일 또는 한 달로 설정한다.It is common to assume that the service life of the insulating film used for the semiconductor memory device 10 is 10 years in the actual application environment. Therefore, it is important to set the period of the clock CLK to be sufficiently shorter than the period. However, since the present embodiment assumes use in an all-night operation type system, a time loss of the system occurs when the period is set too short. Thus, for example, the period of the clock CLK is set to approximately one day, one week, or one month.

도 11은 타이머 회로(24) 및 설정 회로(21)의 동작을 예시하기 위한 타이밍도이다. 설정 회로(21)는 클록(CLK)의 제1 상승 에지 시 스위칭 신호(DPOL)를 하이로 한다. 그리고나서, 설정 회로(21)는 클록(CLK)의 그 다음 상승 에지 시 스위칭 신호(DPOL)를 로우로 한다. 이어서, 설정 회로(21)는 상술한 동작을 반복적으로 수행한다. 스위칭 신호(DPOL)는 기록 회로(16 및 17) 및 판독 회로(18)에 공급한다.11 is a timing diagram for illustrating the operation of the timer circuit 24 and the setting circuit 21. The setting circuit 21 makes the switching signal DPOL high on the first rising edge of the clock CLK. The setting circuit 21 then turns the switching signal DPOL low on the next rising edge of the clock CLK. Subsequently, the setting circuit 21 repeatedly performs the above-described operation. The switching signal DPOL supplies the write circuits 16 and 17 and the read circuit 18.

기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태의 할당 그리고 스위칭 신호(DPOL)의 상태(하이 또는 로우)에 따른 "0" 및 "1" 데이터 항목을 스위칭한다. 즉, 기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)에 기록 전류를 공급하여 스위칭 신호(DPOL)가 로우인 경우에는 로우-저항 상태를 "0" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "1" 데이터로 설정한다. 또한, 기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)에 기록 전류를 공급하여 반전된 할당을 부여하는데, 즉 스위칭 신호(DPOL)가 하이인 경우에는 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다.The write circuits 16 and 17 are "0" and "1" data items according to the assignment of the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30 and the state (high or low) of the switching signal DPOL. Switch. That is, the write circuits 16 and 17 supply the write current to the magnetoresistive element 30 so that when the switching signal DPOL is low, the low-resistance state is set to "0" data and the high-resistance state is "." Set to 1 "data. In addition, the write circuits 16 and 17 supply the write current to the magnetoresistive element 30 to give an inverted allocation, i.e., when the switching signal DPOL is high, the low-resistance state is set to "1" data. Set the high-resistance state to "0" data.

마찬가지로, 판독 회로(18)는 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태의 할당 그리고 스위칭 신호(DPOL)의 상태(하이 또는 로우)에 따른 "0" 및 "1" 데이터 항목의 할당을 스위칭한다. 즉, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 스위칭 신호(DPOL)가 로우인 경우에는 로우-저장 상태를 "0" 데이터로 설정하고 하이-저장 상태를 "1" 데이터로 설정한다. 또한, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 반전된 할당을 부여하는데, 즉 스위칭 신호(DPOL)가 하이인 경우에는 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다.Similarly, the readout circuit 18 has "0" and "1" data items according to the assignment of the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30 and the state (high or low) of the switching signal DPOL. Switch the assignment of. That is, the read circuit 18 outputs the read data so that when the switching signal DPOL is low, the low-save state is set to "0" data and the high-save state is set to "1" data. In addition, the read circuit 18 outputs the read data and gives an inverted allocation, that is, when the switching signal DPOL is high, the low-resistance state is set to "1" data and the high-resistance state is " Set to 0 "data.

제3 실시예의 더욱 구체적인 실시예들은 이하에서 설명한다.More specific embodiments of the third embodiment are described below.

[실시예 3-1]Example 3-1

실시예 3-1은 반도체 메모리 장치(10)가 비휘발성 RAM 회로로서 사용되는 예를 도시한다. 즉, 실시예 3-1은 제3 실시예를 실시예 1-2에 적용함으로써 얻는다. 실시예 3-1에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성은 도 10의 구성과 동일하다.Example 3-1 shows an example in which the semiconductor memory device 10 is used as a nonvolatile RAM circuit. That is, Example 3-1 is obtained by applying the third example to Example 1-2. The configuration of the semiconductor memory device 10 according to the embodiment 3-1 is the same as that of FIG. 10.

도 10에 도시한 바와 같이, 반도체 메모리 장치(10)는 래치 회로(23)를 포함한다. 래치 회로(23)는 판독 회로(18)가 메모리 셀 어레이(11)로부터 판독한 판독된 데이터를 래치하고, 래치된 데이터를 기록 회로(16 및 17)에 전송한다.As shown in FIG. 10, the semiconductor memory device 10 includes a latch circuit 23. The latch circuit 23 latches the read data read out from the memory cell array 11 by the read circuit 18 and transfers the latched data to the write circuits 16 and 17.

이 실시예에서, 메모리 셀 어레이(11)의 모든 비트로부터 데이터 항목을 판독하고, 판독된 데이터 항목을 반전함으로써 얻은 반전된 데이터 항목을 메모리 셀 어레이(11)에 재기록하는 재기록 동작(초기화 동작)은 스위칭 신호(DPOL)가 반전될 때의 제1 주기 동안 수행한다.In this embodiment, the rewrite operation (initialization operation) of reading the data item from all the bits of the memory cell array 11 and rewriting the inverted data item obtained by inverting the read data item into the memory cell array 11 is performed. Performing during the first period when the switching signal DPOL is inverted.

스위칭 신호(DPOL)가 반전되는 경우, 제어 회로(22)는 로우 디코더(14)에 로우 어드레스 신호(RAC)를 공급하고 컬럼 선택 회로(19 및 20)에 컬럼 선택 신호(CSL)를 공급하여 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 선택 동작은 (예를 들어 각 컬럼 단위에 대하여 또는 각 로우 단위에 대하여) 복수의 메모리 셀(MC)을 동시에 선택하도록 수행할 수 있다. 그리고나서, 판독 회로(18)는 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다. 따라서, 판독된 데이터는 래치 회로(23)에 공급되어 래치된다.When the switching signal DPOL is inverted, the control circuit 22 supplies the row address signal RAC to the row decoder 14 and the column select signal CSL to the column select circuits 19 and 20 to store the memory. Select cells MC sequentially. The selection operation may be performed to simultaneously select the plurality of memory cells MC (for each column unit or each row unit). The read circuit 18 then reads data from the selected memory cell MC. Thus, the read data is supplied to the latch circuit 23 and latched.

이어서, 래치 회로(23)에 래치된 판독된 데이터는 기록 회로(16 및 17)에 공급된다. 그리고나서, 제어 회로(22)는 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀과 동일한 메모리 셀(MC)을 선택한다. 이어서, 기록 회로(16 및 17)는 판독된 데이터를 반전함으로서 얻은 반전된 데이터를 선택된 메모리 셀(MC)에 기록한다. 상술한 동작은 모든 비트의 데이터 항목이 반전될 때까지 반복해서 수행한다.The read data latched in the latch circuit 23 is then supplied to the write circuits 16 and 17. Then, the control circuit 22 selects the same memory cell MC as the memory cell in which the read operation is performed. The write circuits 16 and 17 then write the inverted data obtained by inverting the read data into the selected memory cell MC. The above operation is performed repeatedly until the data item of every bit is inverted.

메모리 셀 어레이(11)의 모든 데이터 항목이 반전된 후, 기록 회로(16 및 17)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동작을 수행한다.After all data items of the memory cell array 11 are inverted, the write circuits 16 and 17 perform a data write operation based on the switching signal DPOL. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL.

[실시예 3-2]Example 3-2

실시예 3-2는 제3 실시예를 실시예 1-3에 적용함으로써 얻는다. 즉, 실시예 3-2에서는 반전된 데이터 항목은 데이터 기록 동작 또는 데이터 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)이 연결되어 있는 비트선이 첫 번째로 액세스될 때 상기 비트선에 연결된 복수의 메모리 셀 컬럼에 기록되는데, 스위칭 신호(DPOL)가 반전될 때 의 실시예 3-1에서 설명한 재기록 동작(초기화 동작)은 수행하지 않는다. 메모리 셀 어레이(11)의 구성은 도 6의 구성과 동일하고, 메모리 셀 어레이(11)는 비트선 쌍 BL1 내지 BLn 및 /BL1 내지 /BLn에 대응하는 n 플래그 셀(FC)을 포함한다.Example 3-2 is obtained by applying the third embodiment to Examples 1-3. That is, in Example 3-2, the inverted data item includes a plurality of memory cell columns connected to the bit line when the bit line to which the memory cell MC in which the data write operation or the data read operation is performed is connected is first accessed. Is written to, the rewrite operation (initialization operation) described in the embodiment 3-1 when the switching signal DPOL is inverted is not performed. The configuration of the memory cell array 11 is the same as that of FIG. 6, and the memory cell array 11 includes n flag cells FC corresponding to bit line pairs BL1 to BLn and / BL1 to / BLn.

이와 같이 구성한 반도체 메모리 장치(10)의 동작을 설명한다. 예를 들어 "0" 데이터가 모든 플래그 셀(MC)에 기록된다고 가정한다. 우선, 클록(CLK)이 타이머 회로(24)로부터 생성되는 경우, 설정 회로(21)는 클록(CLK)에 응답하여 스위칭 신호(DPOL)를 반전한다. 이 실시예에서는 예를 들어 스위칭 신호(DPOL)는 하이로 가정한다. 따라서, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다. 이 단계에서 초기화 동작은 수행하지 않는다.The operation of the semiconductor memory device 10 configured as described above will be described. For example, assume that "0" data is recorded in all the flag cells MC. First, when the clock CLK is generated from the timer circuit 24, the setting circuit 21 inverts the switching signal DPOL in response to the clock CLK. In this embodiment, for example, it is assumed that the switching signal DPOL is high. Thus, the read circuit 18 outputs the read data to set the low-resistance state to "1" data and the high-resistance state to "0" data. In this step, the initialization operation is not performed.

다음으로, 기록 동작 또는 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)에 연결된 비트선 쌍 BL, /BL은 컬럼 디코더(15)가 선택한다. 그리고나서, 제어 회로(22)는 로우 어드레스 신호(RAC)를 이용함으로써 워드선(FWL)을 선택한다. 따라서, 선택된 비트선에 연결된 플래그 셀(FC)의 데이터는 판독 회로(18)가 판독한다. 이 시점에서, 스위칭 신호(DPOL)가 하이이므로 플래그 셀(FC)의 데이터는 "1" 데이터로서 판독된다.Next, the column decoder 15 selects the bit line pair BL and / BL connected to the memory cell MC in which the write operation or the read operation is performed. The control circuit 22 then selects the word line FWL by using the row address signal RAC. Therefore, the read circuit 18 reads the data of the flag cell FC connected to the selected bit line. At this time, the data of the flag cell FC is read as " 1 " data because the switching signal DPOL is high.

제어 회로(22)는 플래그 셀(FC)로부터 판독된 데이터를 확인한다. 반전된 데이터의 재기록 동작은 데이터가 "1" 데이터인 경우에는 수행하고, 반전된 데이터의 재기록 동작은 데이터가 "0" 데이터인 경우에는 수행하지 않는다. 이 실시예에서 모든 플래그 셀(FC)의 데이터 항목은 "1" 데이터로서 판독되므로, 재기록 동작 은 각 플래그 셀(FC)이 첫 번째로 액세스될 때 플래그 셀(FC)에 대응하는 컬럼(비트선)에 대하여 수행한다.The control circuit 22 confirms the data read from the flag cell FC. The rewrite operation of the inverted data is performed when the data is "1" data, and the rewrite operation of the inverted data is not performed when the data is "0" data. In this embodiment, the data items of all the flag cells FC are read as "1" data, so that the rewrite operation is performed by the column (bit line) corresponding to the flag cells FC when each flag cell FC is first accessed. ).

즉, 제어 회로(22)는 로우 디코더(14)에 로우 어드레스 신호(RAC)를 공급함으로써 선택된 컬럼에 있는 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 그리고나서, 판독 회로(18)는 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다. 판독된 데이터는 래치 회로(23)에 전송되어 래치된다.That is, the control circuit 22 sequentially selects the memory cells MC in the selected column by supplying the row address signal RAC to the row decoder 14. The read circuit 18 then reads data from the selected memory cell MC. The read data is transferred to the latch circuit 23 and latched.

이어서, 래치 회로(23)에 래치된 판독된 데이터는 기록 회로(16 및 17)에 공급된다. 다음으로, 제어 회로(22)는 선택된 컬럼에 있는 메모리 셀(MC)을 순차적으로 선택한다. 그리고나서, 기록 회로(16 및 17)는 판독된 데이터 항목을 반전함으로써 얻은 반전된 데이터 항목을 선택된 메모리 셀(MC)에 기록한다.The read data latched in the latch circuit 23 is then supplied to the write circuits 16 and 17. Next, the control circuit 22 sequentially selects the memory cells MC in the selected column. The write circuits 16 and 17 then write the inverted data items obtained by inverting the read data items to the selected memory cell MC.

재기록 동작에서 플래그 셀(FC)의 데이터는 반전된다("0" 데이터로 교체됨). 따라서, 스위칭 신호(DPOL)가 로우일 때, 플래그 셀(FC)의 데이터는 "1" 데이터로서 판독된다. 그러므로 각 플래그 셀(FC)이 첫 번째로 액세스될 때 재기록 동작은 플래그 셀(FC)에 대응하는 컬럼(비트선)에 대하여 수행한다.In the rewrite operation, the data of the flag cell FC is inverted (replaced by "0" data). Therefore, when the switching signal DPOL is low, the data of the flag cell FC is read as "1" data. Therefore, when each flag cell FC is first accessed, a rewrite operation is performed on the column (bit line) corresponding to the flag cell FC.

메모리 셀 어레이(11)의 한 컬럼의 데이터 항목이 반전된 후, 기록 회로(16 및 17)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 상기 컬럼에 대하여 데이터 기록 동작을 수행한다. 마찬가지로, 판독 회로(18)는 스위칭 신호(DPOL)에 기초하여 데이터 판독 동작을 수행한다.After the data items of one column of the memory cell array 11 are inverted, the write circuits 16 and 17 perform a data write operation on the column based on the switching signal DPOL. Similarly, the read circuit 18 performs a data read operation based on the switching signal DPOL.

상술한 바와 같이, 제3 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지로 메모리 셀(MC)의 서비스 수명은 이 실시예를 올-나이트 동작 타입(연속 동작 타입) 시스템 에 적용할 때 불균일한 애플리케이션 환경의 영향을 억제함으로써 연장할 수 있다.As described above, according to the third embodiment, as in the first embodiment, the service life of the memory cell MC is uneven when applying this embodiment to an all-night operation type (continuous operation type) system. It can extend by suppressing the influence of.

[제4 실시예][Example 4]

자기저항 소자(30)에서 기록층(35)의 자화 방향은 양방향 기록 전류(Iw)를 공급함으로써 반전된다. 데이터는 고정층(33) 및 기록층(35)의 자화 배치(magnetization arrangement)에 기초하여 변하는 자기저항 소자(30)의 저항 변화에 따라 식별한다. 도 12는 자기저항 소자(30)의 이상적인 I-R 곡선을 도시하는 다이어그램이다. 가로 좌표는 기록 전류(Iw)를 나타내고, 세로 좌표는 자기저항 소자(30)의 저항을 나타낸다. Rap는 고정층(33) 및 기록층(35)의 자화가 역-평행 상태(하이-저항 상태)로 설정되는 자기저항 소자(30)의 저항을 나타내고, Rp는 고정층(33) 및 기록층(35)의 자화가 평행 상태(로우-저항 상태)로 설정되는 자기저항 소자(30)의 저항을 나타낸다. 또한, Inega는 네거티브 기록 전류(Iw)의 최대값을 나타내고, Iposi는 포지티브 기록 전류(Iw)의 최대값을 나타낸다. 최대값 Iposi의 절대값은 최대값 Inega의 절대값보다 크다.The magnetization direction of the recording layer 35 in the magnetoresistive element 30 is reversed by supplying the bidirectional write current Iw. The data is identified according to the resistance change of the magnetoresistive element 30 which changes based on the magnetization arrangement of the pinned layer 33 and the recording layer 35. 12 is a diagram showing an ideal I-R curve of the magnetoresistive element 30. The abscissa represents the write current Iw, and the ordinate represents the resistance of the magnetoresistive element 30. Rap represents the resistance of the magnetoresistive element 30 in which the magnetization of the pinned layer 33 and the recording layer 35 is set in the anti-parallel state (high-resistance state), and Rp represents the pinned layer 33 and the recording layer 35. ) Represents the resistance of the magnetoresistive element 30 in which the magnetization is set to a parallel state (low-resistance state). Inega represents the maximum value of the negative write current Iw, and Iposi represents the maximum value of the positive write current Iw. The absolute value of the maximum value Iposi is greater than the absolute value of the maximum value Inega.

자기저항 소자(30)의 I-R 곡선은 도 12에 도시한 Y축에 관하여 대칭인 반전된 전류 임계값을 갖는 I-R 히스테리시스 루프(hysteresis loop)가 되는 것이 이상적이다. 그러나 실제로는 도 13에 도시한 바와 같이 막 두께 분포 및 자기저항 소자(30)의 결함으로 인해 자기 특성이 시프트하고, 반전된 전류는 동일한 경우의 포지티브 및 네거티브 측에 대하여 실질적으로 비대칭이 된다. 또한, 직렬로 연결되는 자기저항 소자(30) 및 선택 트랜지스터(31)로 형성한 메모리 셀(MC)을 고려하는 경우, 비선형 소자의 식별할 수 있는 컨덕턴스는 MOSFET로 형성한 선택 트랜지스 터(31)가 비선형 소자이므로 소스 측의 전위가 전기적으로 플로팅 상태로 설정되는지 여부에 따라 변한다. 그 결과, 기록 전류(Iw)의 최대값은 메모리 셀(MC)에 인가되는 전압의 극성에 따라 변한다.The I-R curve of the magnetoresistive element 30 is ideally an I-R hysteresis loop with an inverted current threshold symmetric about the Y axis shown in FIG. In reality, however, as shown in FIG. 13, the magnetic properties shift due to the film thickness distribution and the defects of the magnetoresistive element 30, and the inverted current becomes substantially asymmetrical with respect to the positive and negative sides in the same case. In addition, in consideration of the memory cell MC formed of the magnetoresistive element 30 and the selection transistor 31 connected in series, the identifiable conductance of the nonlinear element is a select transistor 31 formed of a MOSFET. ) Is a nonlinear element, and varies depending on whether or not the potential on the source side is set to the electrically floating state. As a result, the maximum value of the write current Iw changes in accordance with the polarity of the voltage applied to the memory cell MC.

히스테리시스 루프가 도 13에 도시한 바와 같이 Y축에 관하여 시프트하는 경우, 메모리 셀(MC)을 통과하는 전류의 방향은 비트선, 워드선, 사전설정된 수의 메모리 셀(MC) 또는 메모리 셀 어레이(11)의 단위로 반전된다. 도 14는 도 13에 도시한 I-R 곡선을 갖는 자기저항 소자(30)에 흐르는 기록 전류가 반전되는 경우(즉, 트리밍 동작 후)에 얻은 I-R 곡선을 도시하는 다이어그램이다.When the hysteresis loop is shifted with respect to the Y axis as shown in Fig. 13, the direction of the current passing through the memory cell MC may be a bit line, a word line, a predetermined number of memory cells MC or a memory cell array ( 11) is reversed. FIG. 14 is a diagram showing an I-R curve obtained when the write current flowing through the magnetoresistive element 30 having the I-R curve shown in FIG. 13 is inverted (that is, after a trimming operation).

도 14에 도시한 바와 같이, 기록 전류(Iw)의 방향을 변경함으로써 자기저항 소자(30)는 큰 동작 마진을 가질 수 있다. 기록 전류(Iw)가 흐르는 방향을 결정하는 결정 기준으로서, 예를 들어 기록 시 전류가 흐르는 방향을 나타내는 데이터는 플래그 셀(FC)에 저장하고, 전류의 방향은 플래그 셀(FC)의 데이터에 기초하여 결정한다.As shown in Fig. 14, the magnetoresistive element 30 can have a large operating margin by changing the direction of the write current Iw. As a determination criterion for determining the direction in which the write current Iw flows, for example, data indicating the direction in which the current flows in writing is stored in the flag cell FC, and the direction of the current is based on the data of the flag cell FC. Decide by

도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다. 반도체 메모리 장치(10)는 메모리 셀 어레이(11), 어드레스 버퍼(12), 입/출력 버퍼(13), 로우 디코더(14), 컬럼 디코더(15), 기록 회로(16 및 17), 판독 회로(18), 컬럼 선택 회로(19 및 20) 및 제어 회로(22)를 포함한다.FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device 10 according to the fourth embodiment of the present invention. The semiconductor memory device 10 includes a memory cell array 11, an address buffer 12, an input / output buffer 13, a row decoder 14, a column decoder 15, a write circuit 16 and 17, a read circuit. 18, column selection circuits 19 and 20 and control circuit 22.

메모리 셀 어레이(11)의 구성은 도 6의 구성과 동일하다. 메모리 셀 어레이(11)는 매트릭스 형태로 배치된 m×n 메모리 셀(MC) 외에 플래그 셀 컬럼(37)을 포함한다. 플래그 셀 컬럼(37)은 로우 방향으로 배치된 n 플래그 셀(FC)로 구성한 다. 즉, 본 실시예에서는 "0" 및 "1" 데이터 항목의 할당을 비트선 단위(컬럼 단위)로 스위칭하는 경우를 설명한다. 그러나 본 발명은 이 경우에 한정하지 않고, "0" 및 "1" 데이터 항목의 할당을 워드선 단위(로우 단위), 사전설정된 수의 메모리 셀(MC)로 형성한 블록 단위 또는 메모리 셀 어레이(11)의 전체 부분을 단위로 스위칭할 수도 있다.The configuration of the memory cell array 11 is the same as that of FIG. The memory cell array 11 includes a flag cell column 37 in addition to the m × n memory cells MC arranged in a matrix form. The flag cell column 37 is composed of n flag cells FC arranged in a row direction. That is, in the present embodiment, the case where the allocation of "0" and "1" data items is switched in bit line units (column units) will be described. However, the present invention is not limited to this case, but a block unit or memory cell array in which the allocation of the "0" and "1" data items is formed in word line units (row units), and in a predetermined number of memory cells MC ( The whole part of 11) may be switched in units.

각 플래그 셀(FC)에는 기록 전류(Iw)의 극성에 따라 "0" 데이터 또는 "1" 데이터가 저장된다. 예를 들어 플래그 셀(FC)의 데이터가 "0"인 경우, 기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)에 기록 전류(Iw)를 공급하여 로우-저항 상태를 "0" 데이터로 설정하고 하이-저장 상태를 "1" 데이터로 설정한다. 한편, 플래그 셀(FC)의 데이터가 "1"인 경우, 기록 회로(16 및 17)는 자기저항 소자(30)에 기록 전류(Iw)를 공급하여 반전된 할당을 부여하는데, 즉 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다.Each flag cell FC stores "0" data or "1" data depending on the polarity of the write current Iw. For example, when the data of the flag cell FC is "0", the write circuits 16 and 17 supply the write current Iw to the magnetoresistive element 30 to change the low-resistance state to "0" data. And set the high-save state to "1" data. On the other hand, when the data of the flag cell FC is "1", the write circuits 16 and 17 supply the write current Iw to the magnetoresistive element 30 to give an inverted allocation, i.e., low-resistance. Set the state to "1" data and the high-resistance state to "0" data.

판독 회로(18)는 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태의 할당 그리고 플래그 셀(FC)의 데이터에 따른 "0" 및 "1" 데이터 항목을 스위칭한다. 즉, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 플래그 셀(FC)의 데이터가 "0"인 경우에는 로우-저항 상태를 "0" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "1" 데이터로 설정한다. 또한, 판독 회로(18)는 판독된 데이터를 출력하여 반전된 할당을 부여하는데, 즉 플래그 셀(FC)의 데이터가 "1"인 경우에는 로우-저항 상태를 "1" 데이터로 설정하고 하이-저항 상태를 "0" 데이터로 설정한다.The read circuit 18 switches the "0" and "1" data items according to the assignment of the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30 and the data of the flag cell FC. That is, the readout circuit 18 outputs the read data, and when the data of the flag cell FC is "0", sets the low-resistance state to "0" data and the high-resistance state to "1" data. Set it. Further, the read circuit 18 outputs the read data and gives an inverted allocation, that is, when the data of the flag cell FC is "1", the low-resistance state is set to "1" data and the high- Set the resistance state to "0" data.

이와 같이 구성한 반도체 메모리 장치(10)의 동작을 설명한다. 메모리 셀의 특성은 제품 선적 시각 전에 이미 측정하고, 측정 결과에 기초하여 자기저항 소자(30)의 동작 마진을 크게 하기 위하여 "1" 데이터 또는 "0" 데이터는 플래그 셀(FC)에 기록하여 할당을 부여한다.The operation of the semiconductor memory device 10 configured as described above will be described. The characteristics of the memory cell are measured before shipment time, and in order to increase the operating margin of the magnetoresistive element 30 based on the measurement result, " 1 " data or " 0 " data is recorded and assigned to the flag cell FC. To give.

우선, 데이터 기록 동작을 설명한다. 제어 회로(22)가 기록 명령을 수신하고, 어드레스 버퍼(12)가 어드레스 신호(ADD)를 수신하는 경우, 반도체 메모리 장치(10)는 데이터 기록 동작을 시작한다. 시작 시, 컬럼 디코더(15)는 기록 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)에 연결된 비트선 쌍 BL, /BL을 선택한다. 그리고나서, 제어 회로(22)는 로우 어드레스 신호(RAC)를 이용함으로써 워드선(FWL)을 선택한다. 그 결과, 선택된 비트선에 연결된 플래그 셀(FC)의 데이터는 판독 회로(18)가 판독한다. 플래그 셀(FC)의 데이터는 기록 회로(16 및 17)에 공급한다.First, the data recording operation will be described. When the control circuit 22 receives the write command and the address buffer 12 receives the address signal ADD, the semiconductor memory device 10 starts the data write operation. At the start, the column decoder 15 selects the bit line pair BL, / BL connected to the memory cell MC in which the write operation is performed. The control circuit 22 then selects the word line FWL by using the row address signal RAC. As a result, the read circuit 18 reads out data of the flag cell FC connected to the selected bit line. Data of the flag cell FC is supplied to the write circuits 16 and 17.

이어서, 기록 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)에 연결된 워드선(WL)은 로우 디코더(14)가 선택한다. 그리고나서, 기록 회로(16 및 17)는 플래그 셀(FC)의 데이터에 기초하여 할당을 결정하고, 기록 데이터에 대응하는 기록 전류(Iw)를 할당에 기초하여 선택된 비트선 쌍 BL, /BL에 공급한다. 따라서, 원하는 데이터가 기록 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)에 기록된다.Next, the row decoder 14 selects the word line WL connected to the memory cell MC in which the write operation is performed. Then, the write circuits 16 and 17 determine the allocation based on the data of the flag cell FC, and assign the write current Iw corresponding to the write data to the bit line pair BL, / BL selected based on the allocation. Supply. Therefore, desired data is written to the memory cell MC in which the write operation is performed.

다음으로, 데이터 판독 동작을 설명한다. 제어 회로(22)가 판독 명령을 수신하고, 어드레스 버퍼(12)가 어드레스 신호(ADD)를 수신하는 경우, 반도체 메모리 장치(10)는 데이터 판독 동작을 시작한다. 우선, 컬럼 디코더(15)는 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)에 연결된 비트선 쌍 BL, /BL을 선택한다. 그리고나서, 제어 회로(22)는 로우 어드레스 신호(RAC)를 이용함으로써 워드선(FWL)을 선택한 다. 그 결과, 선택된 비트선에 연결된 플래그 셀(FC)의 데이터는 판독 회로(18)가 판독한다.Next, the data read operation will be described. When the control circuit 22 receives the read command and the address buffer 12 receives the address signal ADD, the semiconductor memory device 10 starts a data read operation. First, the column decoder 15 selects the bit line pairs BL and / BL connected to the memory cell MC in which the read operation is performed. The control circuit 22 then selects the word line FWL by using the row address signal RAC. As a result, the read circuit 18 reads out data of the flag cell FC connected to the selected bit line.

이어서, 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)에 연결된 워드선(WL)은 로우 디코더(14)가 선택한다. 그리고나서, 판독 회로(18)는 플래그 셀(FC)의 데이터에 기초하여 할당을 결정하고, 할당에 기초하여 판독된 데이터를 출력한다. 따라서, 원하는 데이터가 판독 동작이 이루어지는 메모리 셀(MC)로부터 판독된다.Next, the row decoder 14 selects the word line WL connected to the memory cell MC in which the read operation is performed. Then, the read circuit 18 determines the allocation based on the data of the flag cell FC, and outputs the read data based on the allocation. Therefore, desired data is read from the memory cell MC in which the read operation is performed.

상술한 바와 같이, 제4 실시예에 따르면, 자기저항 소자(30)의 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태의 할당 그리고 "0" 및 "1" 데이터 항목은 메모리 셀(MC)의 특성을 고려함으로써 스위칭할 수 있다. 따라서, 메모리 셀(MC)은 큰 동작 마진을 가질 수 있게 된다. 그 결과, 트리밍 동작을 수행함으로써 경감할 수 있는 칩의 수가 증가하고, 칩의 제조 수율을 개선할 수 있고, 따라서 제조 비용을 줄일 수 있다.As described above, according to the fourth embodiment, the assignment of the low-resistance state and the high-resistance state of the magnetoresistive element 30 and the "0" and "1" data items take into account the characteristics of the memory cell MC. This can be switched. Therefore, the memory cell MC may have a large operating margin. As a result, the number of chips that can be reduced can be increased by performing the trimming operation, and the manufacturing yield of the chips can be improved, and thus the manufacturing cost can be reduced.

[제5 실시예][Example 5]

제5 실시예에서 반도체 메모리 장치(10)는 복수의 메모리 셀 어레이(11)를 포함하고, 메모리 셀(MC)과 동일한 구성을 갖는 측정 메모리 셀(측정 대상의 메모리 셀)을 구비한 측정 회로(40)는 각 메모리 셀 어레이(11) 근처에 배치한다. 그리고나서, 측정 메모리 셀의 특성을 측정하고, 측정 결과를 트리밍 동작에 반영하여 최적의 트리밍 동작을 수행한다.In the fifth embodiment, the semiconductor memory device 10 includes a plurality of memory cell arrays 11 and includes a measurement circuit having measurement memory cells (memory cells to be measured) having the same configuration as the memory cells MC ( 40 is disposed near each memory cell array 11. Then, the characteristics of the measurement memory cell are measured, and the measurement results are reflected in the trimming operation to perform an optimal trimming operation.

도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 개략도이다. 반도체 메모리 장치(10)는 복수의 메모리 셀 어레이(11)(본 실시예에서는 열두 개 메모리 셀 어레이 11-1 내지 11-12가 한 예로서 도시되어 있음)를 포함한다. 각 메모리 셀 어레이(11)의 구성은 도 6의 구성과 동일하다. 또한, 메모리 셀 어레이(11)의 주변 회로는 도 15의 주변 회로와 동일하다.16 is a schematic diagram showing the configuration of a semiconductor memory device 10 according to the fifth embodiment of the present invention. The semiconductor memory device 10 includes a plurality of memory cell arrays 11 (in this embodiment, twelve memory cell arrays 11-1 to 11-12 are shown as one example). The configuration of each memory cell array 11 is the same as that of FIG. In addition, the peripheral circuit of the memory cell array 11 is the same as the peripheral circuit of FIG.

반도체 메모리 장치(10)는 트리밍 데이터를 얻는 데 사용하는 복수의 측정 회로(40)를 포함한다. 본 실시예에서는 열한 개 측정 회로(40)가 한 예로서 도시되어 있다. 복수의 측정 회로(40)는 복수의 메모리 셀 어레이(11) 사이와 주변에 균일하게 배치한다.The semiconductor memory device 10 includes a plurality of measurement circuits 40 used to obtain trimming data. In this embodiment, the eleven measuring circuits 40 are shown as an example. The plurality of measurement circuits 40 are uniformly disposed between and around the plurality of memory cell arrays 11.

각 측정 회로(40)는, 대상을 측정하고, 메모리 셀 어레이(11)의 메모리 셀(MC)과 동일한 구성을 갖는 복수의 측정 메모리 셀(MC)을 포함한다. 예를 들어 1-Gbit 칩(반도체 메모리 장치(10))의 경우, 한 메모리 셀 어레이(11)는 대략 수십 Mbit 내지 수백 Mbit를 포함하고, 한 측정 회로(40)는 수십 비트 내지 수 kbit를 갖는 소규모의 회로로서 형성한다. 측정 회로(40)는 소규모의 메모리 셀 어레이 외에 컬럼 디코더, 로우 디코더 및 전극 패드를 포함하는 간단한 회로이다.Each measuring circuit 40 measures an object and includes a plurality of measuring memory cells MC having the same configuration as that of the memory cells MC of the memory cell array 11. For example, in the case of a 1-Gbit chip (semiconductor memory device 10), one memory cell array 11 includes approximately tens of Mbits to several hundred Mbits, and one measurement circuit 40 has tens of bits to several kbits. It is formed as a small circuit. The measurement circuit 40 is a simple circuit that includes a column decoder, a row decoder and electrode pads in addition to a small array of memory cells.

정상적인 메모리 셀 어레이(11)의 사용으로 평가할 수 없는 비트의 특성은 측정 회로(40)가 얻을 수 있고, 칩의 전체 부분은 제4 실시예에서 설명한 최적의 트리밍 동작이 이루어질 수 있다. 측정 회로(40)는 각 칩상에 적어도 하나 장착할 수 있고, 메모리 셀(MC)의 더욱 구체적인 특성을 얻고 싶은 경우에는 복수의 측정 회로를 도 16에 도시한 바와 같이 칩에 배치할 수 있다.The characteristics of the bit that cannot be evaluated by the normal use of the memory cell array 11 can be obtained by the measuring circuit 40, and the entire trim portion of the chip can be subjected to the optimum trimming operation described in the fourth embodiment. At least one measurement circuit 40 may be mounted on each chip, and in order to obtain more specific characteristics of the memory cell MC, a plurality of measurement circuits may be arranged on the chip as shown in FIG. 16.

도 17은 도 16에 도시한 측정 회로(40)의 구성을 도시하는 등가 회로도이다. 측정 회로(40)는 메모리 셀 어레이(41)를 포함한다. 메모리 셀 어레이(41)는 예를 들어 16(4×4) 측정 메모리 셀(MC)을 포함한다. 도 17에 도시한 각 메모리 셀(MC)의 구성은 메모리 셀 어레이(11)의 메모리 셀(MC)의 구성과 동일하다.17 is an equivalent circuit diagram showing the configuration of the measurement circuit 40 shown in FIG. The measurement circuit 40 includes a memory cell array 41. The memory cell array 41 includes, for example, 16 (4 × 4) measurement memory cells MC. Each memory cell MC shown in FIG. 17 has the same structure as that of the memory cell MC of the memory cell array 11.

컬럼 방향으로 연장하는 네 개 비트선 BL1 내지 BL4는 메모리 셀 어레이(41)에 배치한다. 또한, 컬럼 방향으로 연장하는 네 개 비트선 /BL1 내지 /BL4는 메모리 셀 어레이(41)에 배치한다. 게다가, 로우 방향으로 연장하는 네 개 워드선 WL1 내지 WL4는 메모리 셀 어레이(41)에 배치한다. 비트선 쌍(BL,/BL)과 워드선(WL) 및 메모리 셀(MC) 간의 연결 관계는 도 6의 연결 관계와 동일하다.Four bit lines BL1 to BL4 extending in the column direction are arranged in the memory cell array 41. In addition, four bit lines / BL1 to / BL4 extending in the column direction are arranged in the memory cell array 41. In addition, four word lines WL1 to WL4 extending in the row direction are disposed in the memory cell array 41. The connection relationship between the bit line pair BL, / BL, the word line WL, and the memory cell MC is the same as that of FIG.

16비트 메모리 셀(MC)의 특성은 메모리 셀 어레이(41)가 얻는다. 이 목적을 위하여, 예를 들어 단자(도시하지 않음)는 비트선 쌍(BL,/BL) 및 워드선(WL)에 연결한다. 메모리 셀 어레이(41)의 특성은 측정 프로브를 단자와 접촉하고 기록 전류를 각 메모리 셀(MC)에 공급함으로써 측정한다. 그리고나서, 반도체 메모리 장치(10)는 측정 결과에 기초하여 플래그 셀(FC)의 데이터를 설정함으로써 제4 실시예와 동일한 트리밍 동작을 수행한다.The characteristics of the 16-bit memory cell MC are obtained by the memory cell array 41. For this purpose, for example, a terminal (not shown) is connected to the bit line pair BL, / BL and word line WL. The characteristics of the memory cell array 41 are measured by contacting the measurement probes with the terminals and supplying a write current to each memory cell MC. Then, the semiconductor memory device 10 performs the same trimming operation as in the fourth embodiment by setting data of the flag cell FC based on the measurement result.

도 18은 측정 회로(40)의 또 다른 구성 예를 도시하는 블록도이다. 측정 회로(40)는 메모리 셀 어레이(41) 외에 로우 디코더(42), 컬럼 디코더(43), 기록 회로(44 및 45), 판독 회로(46) 및 컬럼 선택 회로(47 및 48)를 포함한다. 즉, 도 1 등의 경우와 마찬가지로 측정 회로(40)는 데이터 기록 및 판독 동작을 수행하는 주변 회로를 포함한다.18 is a block diagram illustrating another configuration example of the measurement circuit 40. The measurement circuit 40 includes a row decoder 42, a column decoder 43, a write circuit 44 and 45, a read circuit 46, and a column select circuit 47 and 48 in addition to the memory cell array 41. . That is, as in the case of FIG. 1 and the like, the measurement circuit 40 includes peripheral circuits for performing data writing and reading operations.

측정 프로브는 로우 디코더(42) 및 컬럼 디코더(43)에 각각 연결된 단자 중 하나에 선택적으로 접촉하여 디코더들에 어드레스 신호(ADD)를 직접 공급한다. 로 우 디코더(42)는 어드레스 신호(ADD)에 따라 워드선 WL1 내지 WL4 중 하나를 선택한다. 컬럼 디코더(43)는 어드레스 신호(ADD)를 디코딩하여 컬럼 선택 신호 CSL1 내지 CSL4를 얻는다. 컬럼 선택 신호 CSL1 내지 CSL4는 컬럼 선택 회로(47 및 48)에 공급한다.The measurement probe selectively contacts one of the terminals respectively connected to the row decoder 42 and the column decoder 43 to directly supply the address signal ADD to the decoders. The low decoder 42 selects one of the word lines WL1 to WL4 according to the address signal ADD. The column decoder 43 decodes the address signal ADD to obtain column select signals CSL1 to CSL4. The column select signals CSL1 to CSL4 are supplied to the column select circuits 47 and 48.

비트선 BL1 내지 BL4는 컬럼 선택 회로(47)를 통해 기록 회로(44) 및 판독 회로(46)에 연결한다. 컬럼 선택 회로(47)는 컬럼 선택 신호(CSL)에 따라 기록 회로(44)(또는 기록 회로(46))에 선택된 비트선(BL)을 연결한다.The bit lines BL1 to BL4 are connected to the write circuit 44 and the read circuit 46 through the column select circuit 47. The column select circuit 47 connects the selected bit line BL to the write circuit 44 (or the write circuit 46) in accordance with the column select signal CSL.

비트선 /BL1 내지 /BL4는 컬럼 선택 회로(48)를 통해 기록 회로(45)에 연결한다. 컬럼 선택 회로(48)는 컬럼 선택 신호(CSL)에 따라 기록 회로(45)에 선택된 비트선(/BL)을 연결한다.The bit lines / BL1 to / BL4 are connected to the write circuit 45 through the column select circuit 48. The column select circuit 48 connects the selected bit line / BL to the write circuit 45 in accordance with the column select signal CSL.

기록 회로(44 및 45)는 선택된 메모리 셀(MC)에 데이터를 기록한다. 구체적으로, 기록 회로(44 및 45)는 데이터에 대응하는 방향의 기록 전류를 선택된 비트선 쌍(BL,/BL)에 공급한다.The write circuits 44 and 45 write data to the selected memory cell MC. Specifically, the write circuits 44 and 45 supply the write current in the direction corresponding to the data to the selected bit line pairs BL and / BL.

판독 회로(46)는 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다. 구체적으로, 판독 회로(46)는 선택된 비트선 쌍(BL)의 전류(또는 전압)를 검출함으로써 선택된 메모리 셀(MC)로부터 데이터를 판독한다. 판독된 데이터는 판독 회로(46)에 연결된 단자(도시하지 않음)로부터 외부로 출력한다.The read circuit 46 reads data from the selected memory cell MC. Specifically, the read circuit 46 reads data from the selected memory cell MC by detecting the current (or voltage) of the selected bit line pair BL. The read data is output from the terminal (not shown) connected to the read circuit 46 to the outside.

도 18의 구성을 이용하여, 메모리 셀 어레이(11)의 특성은 어드레스 신호(ADD)를 입력함으로써 측정할 수 있다.Using the configuration of FIG. 18, the characteristics of the memory cell array 11 can be measured by inputting the address signal ADD.

상술한 바와 같이, 제5 실시예에 따르면, 메모리 셀 어레이(11)의 특성은 메 모리 셀(MC)의 사양이 메모리 셀 어레이(11)가 배치되는 위치에 따라 상이한 경우에서 메모리 셀 어레이(11) 근처에 배치한 측정 회로(40)를 사용함으로써 측정할 수 있다. 그 결과, 측정 결과를 이용함으로써 최적의 트리밍 동작을 설정할 수 있다.As described above, according to the fifth embodiment, the characteristics of the memory cell array 11 differ in the case where the specifications of the memory cell MC differ depending on the position where the memory cell array 11 is disposed. It can measure by using the measuring circuit 40 arrange | positioned near). As a result, the optimum trimming operation can be set by using the measurement result.

또한, 트리밍 동작을 수행함으로써 경감할 수 있는 칩의 수가 증가하고, 칩의 제조 수율을 개선할 수 있고, 따라서 제조 비용을 줄일 수 있다.In addition, by performing the trimming operation, the number of chips that can be reduced can be increased, and the manufacturing yield of the chips can be improved, and thus the manufacturing cost can be reduced.

[제6 실시예][Example 6]

제1 내지 제5 실시예에서는 자기저항 소자를 메모리 셀(MC)에 포함된 메모리 소자(30)의 한 예로서 사용하는 경우를 설명한다. 그러나 본 발명은 상기 경우에 한정하지 않고 다양한 타입의 비휘발성 메모리에 이용할 수 있다. 메모리 소자(30)의 다른 예들을 설명한다.In the first to fifth embodiments, a case where the magnetoresistive element is used as an example of the memory element 30 included in the memory cell MC will be described. However, the present invention is not limited to the above cases and can be used for various types of nonvolatile memories. Other examples of the memory element 30 will be described.

[1. 저항-변화 타입 비휘발성 메모리(ReRAM: resistance RAM)][One. Resistance-change type nonvolatile memory (ReRAM: resistance RAM)]

ReRAM은 반도체 메모리 장치(10)로서 사용할 수 있다. 이 경우, 메모리 소자(30)로서 저항-변화 소자를 사용한다. 도 19는 저항-변화 소자(30)의 구조를 도시하는 단면도이다.ReRAM can be used as the semiconductor memory device 10. In this case, a resistance-changing element is used as the memory element 30. 19 is a cross-sectional view showing the structure of the resistance-changing element 30.

저항-변화 소자(30)는 하부 전극(32), 상부 전극(36) 및 그 사이에 배치한 기록층(저항-변화층)(50)을 포함한다. 기록층(50)으로서 페로브스카이트 산화막(perovskite oxide film) 또는 이진-계열 전이 금속 산화막(binary-series transition metal oxide film)을 사용한다. 페로브스카이트 산화막으로서, Pr0.7Ca0.3MnO3, SrZrO3/SrTiO3 또는 Pb(Zr,Ti)O3/Zn0 .4Cd0 .6S를 제공할 수도 있다. 이진 전이 금속 산화막으로서, NiO, TiN, TiO2, HfO2 또는 ZrO2를 제공할 수도 있다.The resistance-changing element 30 includes a lower electrode 32, an upper electrode 36, and a recording layer (resistance-changing layer) 50 disposed therebetween. As the recording layer 50, a perovskite oxide film or a binary-series transition metal oxide film is used. A perovskite oxide, it is also possible to provide a Pr 0.7 Ca 0.3 MnO 3, SrZrO 3 / SrTiO 3 or Pb (Zr, Ti) O 3 / Zn 0 .4 Cd 0 .6 S. As a binary transition metal oxide film, NiO, TiN, TiO 2 , HfO 2 or ZrO 2 may be provided.

기록층(50)의 저항은 전압 펄스의 인가로 인해 변한다. 기록층(50)은 하이-저항 상태(리셋 상태) 및 로우-저항 상태(설정 상태)를 갖고, 전압 펄스의 인가로 인해 상기 상태 중 하나로 선택적으로 이동한다.The resistance of the recording layer 50 changes due to the application of voltage pulses. The recording layer 50 has a high-resistance state (reset state) and a low-resistance state (set state), and selectively moves to one of the above states due to the application of a voltage pulse.

즉, 기록층(50)을 하이-저항 상태(리셋 상태)로부터 로우-저항 상태(설정 상태)로 이동하게 하는 전압은 설정 전압(Vset)으로서 설정하고, 기록층(50)을 로우-저항 상태(설정 상태)로부터 하이-저항 상태(리셋 상태)로 이동하게 하는 전압은 리셋 전압(Vreset)으로서 설정한다고 가정한다. 그리고나서, 설정 전압(Vset)은 플러스 전압을 하부 전극(32)에 관한 상부 전극(36)에 인가하게 하는 포지티브 바이어스로 설정하고, 리셋 전압(Vreset)은 마이너스 전압을 하부 전극(32)에 관한 상부 전극(36)에 인가하게 하는 네거티브 바이어스로 설정한다. 그 결과, 저항-변화 소자(30)는 "0" 및 "1" 데이터 항목에 대응하여 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태를 각각 설정함으로써 1비트 데이터를 저장할 수 있다.That is, the voltage for moving the recording layer 50 from the high-resistance state (reset state) to the low-resistance state (set state) is set as the set voltage Vset, and the recording layer 50 is set to the low-resistance state. Assume that the voltage which causes the transition from the (setting state) to the high-resistance state (reset state) is set as the reset voltage Vreset. Then, the set voltage Vset is set to a positive bias that causes a positive voltage to be applied to the upper electrode 36 relative to the lower electrode 32, and the reset voltage Vreset sets a negative voltage to the lower electrode 32. The negative bias is applied to the upper electrode 36. As a result, the resistance-changing element 30 can store 1-bit data by setting the low-resistance state and the high-resistance state, respectively, corresponding to the "0" and "1" data items.

데이터 판독 동작에서는 리셋 전압(Vreset)의 대략 1/1000 내지 1/4배로 설정한 충분히 낮은 전압을 저항-변화 소자(30)에 공급한다. 그리고나서, 데이터는 이 시점에서의 전류 변화를 검출함으로써 판독할 수 있다.In the data read operation, a sufficiently low voltage set to approximately 1/1000 to 1/4 times the reset voltage Vreset is supplied to the resistance-changing element 30. The data can then be read by detecting a change in current at this point in time.

[2. 상-변화 타입 비휘발성 메모리(PRAM: Phase-change RAM)][2. Phase-change type nonvolatile memory (PRAM)]

PRAM은 반도체 메모리 장치(10)로서 사용할 수 있다. 이 경우, 메모리 소 자(30)로서 상-변화 소자를 사용한다. 상-변화 소자(30)의 단면은 도 19의 단면과 동일하다.The PRAM can be used as the semiconductor memory device 10. In this case, a phase-change element is used as the memory element 30. The cross section of the phase-change element 30 is the same as the cross section of FIG. 19.

상-변화 소자(30)는 하부 전극(32), 상부 전극(36) 및 그 사이에 배치한 기록층(상-변화층)(50)을 포함한다. 기록층(50)은 상부 전극(36)으로부터 하부 전극(32)으로 전류를 통과시킴으로써 발생한 열로 인해 결정 상태로부터 비결정 상태로 또는 비결정 상태로부터 결정 상태로 상-변한다. 기록층(50)의 저항은 결정 상태에서 로우가 되고(로우-저항 상태) 비결정 상태에서 하이가 된다(하이-저항 상태).The phase-change element 30 includes a lower electrode 32, an upper electrode 36, and a recording layer (phase-change layer) 50 disposed therebetween. The recording layer 50 phase-changes from the crystalline state to the amorphous state or from the amorphous state to the crystalline state due to the heat generated by passing a current from the upper electrode 36 to the lower electrode 32. The resistance of the recording layer 50 goes low in the crystalline state (low-resistance state) and goes high in the amorphous state (high-resistance state).

기록층(50)의 재료로서, Ge-Sb-Te, In-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te 또는 Ge-Sn-Te와 같은 칼코겐(chalcogen) 화합물이 주어질 수 있다. 상기 재료는 고속 스위칭 동작, 반복되는 기록 안정성 및 높은 신뢰성을 얻는 데 바람직하게 사용할 수 있다.As a material of the recording layer 50, a chalcogen compound such as Ge-Sb-Te, In-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te or Ge-Sn-Te can be given. The material can be preferably used to obtain a high speed switching operation, repeated recording stability and high reliability.

도 20은 상-변화 소자를 사용한 메모리 셀(MC)의 구성을 도시하는 회로도이다. 상-변화 소자(30)의 일단은 비트선(BL)에 연결한다. 상-변화 소자(30)의 타단은 선택 트랜지스터(31)의 드레인에 연결한다. 선택 트랜지스터(31)의 소스는 비트선(/BL)에 연결한다. 선택 트랜지스터(31)의 게이트는 워드선(WL)에 연결한다.20 is a circuit diagram showing the configuration of the memory cell MC using the phase-change element. One end of the phase-change element 30 is connected to the bit line BL. The other end of the phase-change element 30 is connected to the drain of the select transistor 31. The source of the select transistor 31 is connected to the bit line / BL. The gate of the select transistor 31 is connected to the word line WL.

다음으로, 상-변화 소자(30) 및 선택 트랜지스터(31)로 구성한 메모리 셀(MC)에 데이터를 기록하는 동작을 설명한다. 우선, 펄스-형태의 전류가 기록층(50)에 인가된다. 기록층(50)은 전류 펄스의 인가로 인해 가열된다. 전류 펄스의 전류 값은 기록층(50)의 온도를 결정화 온도 임계값(TH)과 동일하거나 높게 설 정하도록 설정한다. 결정화 온도 임계값(TH)은 기록층이 결정 상태로부터 비결정 상태로 변하는 온도이다. 전류 펄스의 인가로 인해 가열된 기록층(50)의 온도는 전류 펄스의 인가 후 빠르게 낮아진다. 이 시점에서 기록층(50)은 비결정 상태(하이-저항 상태)로 설정된다.Next, an operation of writing data to the memory cell MC constituted by the phase-change element 30 and the selection transistor 31 will be described. First, a pulse-shaped current is applied to the recording layer 50. The recording layer 50 is heated due to the application of a current pulse. The current value of the current pulse is set to set the temperature of the recording layer 50 to be equal to or higher than the crystallization temperature threshold value TH. The crystallization temperature threshold TH is the temperature at which the recording layer changes from the crystalline state to the amorphous state. The temperature of the heated recording layer 50 decreases rapidly after the application of the current pulse due to the application of the current pulse. At this point, the recording layer 50 is set to an amorphous state (high-resistance state).

펄스-형태의 전류 다음에 전류 값이 감소하는 작은 전류가 기록층(50)에 인가된다. 이 경우, 전류 펄스의 인가로 인해 가열된 기록층(50)의 온도는 낮아지지만, 작은 전류의 인가로 인해 온도는 천천히 낮아진다. 이 시점에서 기록층(50)은 결정 상태(로우-저항 상태)로 설정된다.A small current is applied to the recording layer 50 in which the current value decreases after the pulse-shaped current. In this case, the temperature of the heated recording layer 50 decreases due to the application of the current pulse, but the temperature slowly decreases due to the application of a small current. At this point, the recording layer 50 is set to a crystalline state (low-resistance state).

즉, 전류의 인가로 인해 가열된 기록층(50)은 결정화 온도 임계값(TH)과 동일하거나 높은 온도까지 가열된다. 따라서, 기록층(50)은 결정화 온도 임계값(TH) 근처의 온도 낙차가 작은 경우에는 결정 상태(로우-저항 상태)로 설정되고, 결정화 온도 임계값(TH) 근처의 온도 낙차가 인가된 전류 펄스의 하강 조건에 따라 큰 경우에는 비결정 상태(하이-저항 상태)로 설정된다.That is, the recording layer 50 heated due to the application of current is heated to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature threshold value TH. Therefore, the recording layer 50 is set to the crystalline state (low-resistance state) when the temperature drop near the crystallization temperature threshold TH is small, and the current to which the temperature drop near the crystallization temperature threshold TH is applied is applied. If large depending on the falling condition of the pulse, it is set to an amorphous state (high-resistance state).

그리고나서, 기록층(50)이 비결정 상태(하이-저항 상태)로 설정되는 경우를 "1" 데이터로서 정의하고, 기록층(50)이 결정 상태(로우-저항 상태)로 설정되는 경우를 "0" 데이터로서 정의함으로써 1비트 정보를 메모리 셀(MC)에 기록할 수 있다. 데이터 판독 동작은 자기저항 소자의 경우와 동일하다.Then, the case where the recording layer 50 is set to the amorphous state (high-resistance state) is defined as "1" data, and the case where the recording layer 50 is set to the crystalline state (low-resistance state) is " By defining as 0 "data, one-bit information can be written in the memory cell MC. The data read operation is the same as that of the magnetoresistive element.

[3. 강유전성 메모리(FeRAM: Ferroelectric RAM)][3. Ferroelectric RAM (FeRAM)]

반도체 메모리 장치(10)로서 FeRAM을 사용할 수 있다. 이 경우, 메모리 셀(MC)은 강유전성 커패시터(30) 및 선택 트랜지스터(31)로 구성한다. 즉, 강유전 성 커패시터(30)는 메모리 소자에 대응한다. 강유전성 커패시터(30)의 단면은 도 19의 단면과 동일하다.FeRAM can be used as the semiconductor memory device 10. In this case, the memory cell MC is composed of a ferroelectric capacitor 30 and a selection transistor 31. In other words, the ferroelectric capacitor 30 corresponds to the memory element. The cross section of the ferroelectric capacitor 30 is the same as the cross section of FIG.

강유전성 커패시터(30)는 하부 전극(32), 상부 전극(36) 및 그 사이에 배치한 강유전성막(50)을 포함한다. 강유전성막(50)으로서 PZT[Pb(ZrXT1 -X)O3], SBT(SrBi2Ta2O9) 등을 사용한다.The ferroelectric capacitor 30 includes a lower electrode 32, an upper electrode 36, and a ferroelectric film 50 disposed therebetween. As the ferroelectric film 50, PZT [Pb (Zr X T 1 -X ) O 3 ], SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), or the like is used.

강유전성 물질은, 전압을 인가함으로써 자발 분극(spontaneous polarization)의 방향을 변경할 수 있고, 전압 인가가 중단된 후에도 분극의 방향을 유지할 수 있는 유전체 물질이다. 강유전성 커패시터(30)는 "0" 및 "1" 데이터 항목에 대응하여 강유전성 커패시터(30)의 두 분극된 상태를 설정함으로써 메모리 소자로서 사용할 수 있다.A ferroelectric material is a dielectric material that can change the direction of spontaneous polarization by applying a voltage and maintain the direction of polarization even after voltage application is stopped. The ferroelectric capacitor 30 can be used as a memory element by setting two polarized states of the ferroelectric capacitor 30 corresponding to "0" and "1" data items.

도 21은 강유전성 커패시터를 사용하는 메모리 셀(MC)의 구성을 도시하는 회로도이다. 선택 트랜지스터(31)의 드레인은 비트선(BL)에 연결한다. 선택 트랜지스터(31)의 게이트는 워드선(WL)에 연결한다. 선택 트랜지스터(31)의 소스는 강유전성 커패시터(30)의 한 전극에 연결한다. 강유전성 커패시터(30)의 다른 전극은 비트선(/BL)에 연결한다.FIG. 21 is a circuit diagram showing the configuration of a memory cell MC using ferroelectric capacitors. The drain of the select transistor 31 is connected to the bit line BL. The gate of the select transistor 31 is connected to the word line WL. The source of the select transistor 31 is connected to one electrode of the ferroelectric capacitor 30. The other electrode of the ferroelectric capacitor 30 is connected to the bit line / BL.

상술한 메모리 소자(30)를 사용하는 경우에는 제1 내지 제5 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.When the above-described memory element 30 is used, the same effects as those in the first to fifth embodiments can be obtained.

다른 장점 및 변형은 본 기술분야의 숙련자에게 쉽게 발생한다. 그러므로 넓은 양상에서의 본 발명은 본 명세서에 도시하고 기술한 상세한 설명 및 대표적인 실시예들에 한정하지 않는다. 따라서, 첨부한 특허청구범위 및 그 균등물로 정의하는 총괄적인 발명 개념의 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형이 이루어질 수도 있다.Other advantages and modifications readily occur to those skilled in the art. Therefore, the invention in its broader aspects is not limited to the details and representative embodiments shown and described herein. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor memory device 10 according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 메모리 셀 어레이(11)의 구성을 도시하는 회로도.2 is a circuit diagram showing the configuration of the memory cell array 11;

도 3은 자기저항 소자(30)의 구조를 도시하는 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of the magnetoresistive element 30.

도 4는 설정 회로(21)의 동작을 예시하기 위한 타이밍도.4 is a timing diagram for illustrating the operation of the setting circuit 21.

도 5는 실시예 1-2에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도.5 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device 10 according to the embodiment 1-2.

도 6은 실시예 1-3에 따른 메모리 셀 어레이(11)의 구성을 도시하는 회로도.6 is a circuit diagram showing a configuration of the memory cell array 11 according to the embodiments 1-3.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도.7 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device 10 according to the second embodiment of the present invention.

도 8은 타이머 회로(24) 및 설정 회로(21)의 동작을 예시하기 위한 타이밍도.8 is a timing diagram for illustrating the operation of the timer circuit 24 and the setting circuit 21.

도 9는 실시예 2-2에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도.9 is a block diagram showing the structure of the semiconductor memory device 10 according to the embodiment 2-2.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도.10 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device 10 according to the third embodiment of the present invention.

도 11은 타이머 회로(24) 및 설정 회로(21)의 동작을 예시하기 위한 타이밍도.11 is a timing diagram for illustrating the operation of the timer circuit 24 and the setting circuit 21.

도 12는 자기저항 소자(30)의 이상적인 I-R 곡선을 도시하는 다이어그램.12 is a diagram showing an ideal I-R curve of the magnetoresistive element 30.

도 13은 포지티브 및 네거티브 반전 전류가 비대칭인 자기저항 소자(30)의 I-R 곡선을 도시하는 다이어그램.13 is a diagram showing an I-R curve of a magnetoresistive element 30 in which positive and negative inversion currents are asymmetric.

도 14는 도 13에 도시한 I-R 곡선을 갖는 자기저항 소자(30)에서의 트리밍 후 얻은 I-R 곡선을 도시하는 다이어그램.FIG. 14 is a diagram showing an I-R curve obtained after trimming in the magnetoresistive element 30 having the I-R curve shown in FIG.

도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도.Fig. 15 is a block diagram showing the construction of a semiconductor memory device 10 according to the fourth embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10)의 구성을 도시하는 개략도.16 is a schematic diagram showing a configuration of a semiconductor memory device 10 according to the fifth embodiment of the present invention.

도 17은 도 16에 도시한 측정 회로(40)의 구성을 도시하는 등가 회로도.17 is an equivalent circuit diagram showing the configuration of the measurement circuit 40 shown in FIG. 16.

도 18은 측정 회로(40)의 또 다른 구성 예를 도시하는 블록도.18 is a block diagram illustrating another configuration example of the measurement circuit 40.

도 19는 저항-변화 소자(30)의 구조를 도시하는 단면도.19 is a sectional view showing the structure of the resistance-changing element 30. FIG.

도 20은 상-변화 소자를 사용하는 메모리 셀(MC)의 구성을 도시하는 회로도.20 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell MC using a phase-change element.

도 21은 강유전성 커패시터를 사용하는 메모리 셀(MC)의 구성을 도시하는 회로도.21 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell MC using ferroelectric capacitors.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 반도체 메모리 장치10: semiconductor memory device

11: 메모리 셀 어레이11: memory cell array

12: 어드레스 버퍼12: address buffer

13: 입/출력 버퍼13: I / O buffer

14: 로우 디코더14: low decoder

15: 컬럼 디코더15: column decoder

16, 17: 기록 회로16, 17: recording circuit

18: 판독 회로18: readout circuit

19, 20: 컬럼 선택 회로19, 20: column selection circuit

21: 설정 회로21: setting circuit

22: 제어 회로22: control circuit

Claims (20)

반도체 메모리 장치로서,As a semiconductor memory device, "0" 데이터/"1" 데이터에 따라 로우-저항 상태/하이-저항 상태로 설정되는 복수의 메모리 셀을 구비한 메모리 셀 어레이Memory cell array having a plurality of memory cells set to a low-resistance state / high-resistance state according to "0" data / "1" data 를 포함하고,Including, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당은 전원이 켜질 때 스위칭하는 반도체 메모리 장치.And the assignment of the " 0 " data / " 1 " data and the low-resistance state / high-resistance state switches when the power is turned on. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 할당에 따라 상기 메모리 셀 어레이에 데이터를 기록하는 기록 회로와,A write circuit for writing data to the memory cell array in accordance with the assignment; 상기 할당에 따라 상기 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 판독하는 판독 회로Read circuit for reading data from the memory cell array in accordance with the assignment 를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.The semiconductor memory device further comprising. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전원의 온/오프 상태를 나타내는 제1 신호를 수신하고, 상기 제1 신호에 기초하여 상기 할당을 스위칭하는 데 이용하는 제2 신호를 생성하는 설정 회로를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.And a setting circuit for receiving a first signal indicative of an on / off state of the power supply and generating a second signal for use in switching the allocation based on the first signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 셀 어레이의 데이터를 상기 할당이 스위칭될 때마다 상기 메모리 셀 어레이의 데이터를 반전함으로써 얻은 반전된 데이터로 재기록하는 기록 회로를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.And a write circuit for rewriting the data of the memory cell array into inverted data obtained by inverting the data of the memory cell array each time the allocation is switched. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 재기록 시 상기 메모리 셀 어레이의 데이터를 일시적으로 유지하는 래치 회로를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.And a latch circuit for temporarily holding data of the memory cell array upon the rewriting. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 복수의 메모리 셀 스트링 - 상기 메모리 셀 스트링 각각은 상기 복수의 메모리 셀 중 사전설정된 수의 메모리 셀로 구성함 - 을 위하여 제공하고, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당 정보를 저장하도록 구성한 복수의 플래그 셀과,Provide a plurality of memory cell strings, each of the memory cell strings comprising a predetermined number of memory cells of the plurality of memory cells, wherein the " 0 " data / " 1 " data and the low-resistance state / high A plurality of flag cells configured to store allocation information of the resistance state; 상기 할당이 스위칭된 후 상기 메모리 셀 스트링이 첫 번째로 액세스될 때 상기 메모리 셀 스트링의 데이터를 상기 할당 정보에 기초하여 상기 메모리 셀 스트링의 데이터를 반전함으로써 얻은 반전된 데이터로 재기록하는 기록 회로A write circuit for rewriting the data of the memory cell string into inverted data obtained by inverting the data of the memory cell string based on the allocation information when the memory cell string is first accessed after the allocation is switched 를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.The semiconductor memory device further comprising. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 할당을 저장하는 메모리 회로를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.And a memory circuit for storing the allocation. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 메모리 회로는 상기 메모리 셀과 동일한 메모리 소자를 포함하는 반도체 메모리 장치.And the memory circuit comprises the same memory element as the memory cell. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 셀은 MRAM, ReRAM, PRAM 및 FeRAM 셀 중 하나로 구성하는 반도체 메모리 장치.The memory cell comprises one of MRAM, ReRAM, PRAM and FeRAM cells. 반도체 메모리 장치로서,As a semiconductor memory device, "0" 데이터/"1" 데이터에 따라 로우-저항 상태/하이-저항 상태로 설정되는 복수의 메모리 셀을 구비한 메모리 셀 어레이와,A memory cell array having a plurality of memory cells set to a low-resistance state / high-resistance state in accordance with " 0 " data / " 1 "data; 각 사전설정된 시각에 펄스를 생성하는 타이머 회로Timer circuit for generating pulses at each preset time 를 포함하고,Including, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당은 상기 펄스가 생성될 때마다 스위칭하는 반도체 메모리 장치.And the allocation of the " 0 " data / " 1 " data and the low-resistance state / high-resistance state switches each time the pulse is generated. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 할당에 따라 상기 메모리 셀 어레이에 데이터를 기록하는 기록 회로와,A write circuit for writing data to the memory cell array in accordance with the assignment; 상기 할당에 따라 상기 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 판독하는 판독 회로Read circuit for reading data from the memory cell array in accordance with the assignment 를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.The semiconductor memory device further comprising. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 펄스에 기초하여 상기 할당을 스위칭하는 데 이용하는 신호를 생성하는 설정 회로를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.And a setting circuit for generating a signal for use in switching the assignment based on the pulse. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 메모리 셀 어레이의 데이터를 상기 할당이 스위칭될 때마다 상기 메모리 셀 어레이의 데이터를 반전함으로써 얻은 반전된 데이터로 재기록하는 기록 회로를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.And a write circuit for rewriting the data of the memory cell array into inverted data obtained by inverting the data of the memory cell array each time the allocation is switched. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 복수의 메모리 셀 스트링 - 상기 메모리 셀 스트링 각각은 상기 복수의 메모리 셀 중 사전설정된 수의 메모리 셀로 구성함 - 을 위하여 제공하고, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당 정보를 저장하도록 구성한 복수의 플래그 셀과,Provide a plurality of memory cell strings, each of the memory cell strings comprising a predetermined number of memory cells of the plurality of memory cells, wherein the " 0 " data / " 1 " data and the low-resistance state / high A plurality of flag cells configured to store allocation information of the resistance state; 상기 할당이 스위칭된 후 상기 메모리 셀 스트링이 첫 번째로 액세스될 때 상기 메모리 셀 스트링의 데이터를 상기 할당 정보에 기초하여 상기 메모리 셀 스 트링의 데이터를 반전함으로써 얻은 반전된 데이터로 재기록하는 기록 회로A write circuit for rewriting the data of the memory cell string into inverted data obtained by inverting the data of the memory cell string based on the allocation information when the memory cell string is first accessed after the allocation is switched 를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.The semiconductor memory device further comprising. 반도체 메모리 장치로서,As a semiconductor memory device, 복수의 메모리 셀 스트링 - 상기 메모리 셀 스트링 각각은 "0" 데이터/"1" 데이터에 따라 로우-저항 상태/하이-저항 상태로 설정되는 복수의 메모리 셀을 포함함 - 을 구비한 메모리 셀 어레이와,A memory cell array having a plurality of memory cell strings, each memory cell string including a plurality of memory cells set to a low-resistance state / high-resistance state according to " 0 " data / " 1 " , 상기 메모리 셀 스트링을 위하여 각각 제공하고, 상기 "0" 데이터/"1" 데이터 및 상기 로우-저항 상태/하이-저항 상태의 할당 정보를 저장하도록 구성한 복수의 플래그 셀A plurality of flag cells each provided for the memory cell string and configured to store allocation information of the "0" data / "1" data and the low-resistance state / high-resistance state; 을 포함하고,Including, 상기 할당 정보에 기초하여 데이터 기록 및 데이터 판독 동작을 수행하는 반도체 메모리 장치.And a data write and data read operation based on the allocation information. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 플래그 셀의 할당 정보를 확인하고, 상기 할당 정보에 따라 상기 플래그 셀에 대응하는 메모리 셀 스트링에 데이터를 기록하는 기록 회로와,A writing circuit for checking allocation information of the flag cells and writing data to a memory cell string corresponding to the flag cells in accordance with the allocation information; 상기 플래그 셀의 할당 정보를 확인하고, 상기 할당 정보에 따라 상기 플래그 셀에 대응하는 메모리 셀 스트링으로부터 데이터를 판독하는 판독 회로A read circuit for checking allocation information of the flag cell and reading data from a memory cell string corresponding to the flag cell in accordance with the allocation information 를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.The semiconductor memory device further comprising. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 할당 정보는 상기 메모리 셀의 특성에 따라 설정하는 반도체 메모리 장치.And the allocation information is set according to a characteristic of the memory cell. 반도체 메모리 장치로서,As a semiconductor memory device, 저장 데이터에 따라 로우-저항 상태 및 하이-저항 상태로 선택적으로 설정되는 복수의 메모리 셀 및 각각 상기 메모리 셀과 동일한 구성을 갖는 복수의 측정 셀을 구비한 메모리 셀 어레이A memory cell array having a plurality of memory cells selectively set to a low-resistance state and a high-resistance state according to stored data and a plurality of measurement cells each having the same configuration as the memory cell 를 포함하고,Including, 상기 측정 셀 각각은 외부로부터 액세스하고, 측정 셀 각각의 특성을 상기 외부에 출력하는 반도체 메모리 장치.And each of the measurement cells is accessed from the outside, and outputs characteristics of each of the measurement cells to the outside. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 측정 셀 각각은 상기 복수의 메모리 셀 중 사전설정된 수의 메모리 셀 각각을 위하여 제공하는 반도체 메모리 장치.Each of the measurement cells provides for each of a predetermined number of memory cells of the plurality of memory cells. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 메모리 셀 및 상기 측정 셀 각각은 MRAM, ReRAM, PRAM 및 FeRAM 셀 중 하나로 구성하는 반도체 메모리 장치.And the memory cell and the measurement cell each comprise one of an MRAM, a ReRAM, a PRAM, and a FeRAM cell.
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